Устройство для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора

Авторы патента:

Поддубный Иван Игоревич (RU)

Колганов Владимир Юрьевич (RU)

Хомяков Сергей Эмильевич (RU)

G21B1/17 - Термоядерные реакторы (заявляемые как управляемые)

Владельцы патента RU 2579444:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU)

Изобретение относится к устройству для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора. Заявленное устройство содержит установленные в единый пакет токопроводящие пластины. Пластины имеют фланцы для крепления к внутрикамерному компоненту и вакуумному корпусу. Поверхность пластин между фланцами имеет форму симметричной волны по меньшей мере одного полного периода. Техническим результатом является увеличение нагрузочной способности по току и податливости устройства в целом за счет создания в токопроводящих пластинах участков с встречно направленным током, перпендикулярным тороидальной составляющей магнитного поля. 3 ил.

Изобретение относится к термоядерной технике и может быть применено в устройствах для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявленному изобретению является устройство для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора, содержащее установленные в единый пакет токопроводящие пластины с разнонаправленными участками поверхности, выполненными между фланцами для крепления к внутрикамерному компоненту и вакуумному корпусу (International Atomic Energy Agency (МАГАТЭ), Vienna, 2002 ITER TECHNICAL BASIS, ITER EDA Documentation series No.24, Plant Description Document, Chapter 2.3, Page 10 - 2.3.4.3 Electrical Connection, Figure 2.3.4-4 One Strap of the Electrical Connection).

В известном устройстве поверхность пластин с разнонаправленными участками имеет Г-образную форму и снабжена перфорацией. Пластины вложены одна в другую с образованием П-образного единого пакета. В известном устройстве перфорация и сгибы пластин не обеспечивают достаточной податливости пакета токопроводящих пластин в направлении, нормальном плоскости боковых частей. Кроме этого, поскольку токопроводяшие пластины имеют вертикально направленные участки, по которым ток течет перпендикулярно главной (тороидальной) составляющей магнитного поля, то это может привести к большим электромагнитным усилиям, действующим на устройство.

Недостатком известного устройства является ограниченная токовая нагрузочная способность при прохождении через него тока при срыве плазмы. Ток, текущий перпендикулярно магнитному полю (максимальное значение тороидальной составляющей магнитного поля токамака может быть около 9 Тл), вызывает значительное усилие на устройство, достигающее несколько десятков кН. Максимальное усилие действует на проводник, расположенный перпендикулярно полю. Таким образом, токовая нагрузочная способность известного устройства ограничена величиной податливости пакета пластинчатых токопроводящих элементов, величиной тороидальной составляющей магнитного поля термоядерного реактора и наличием токоведущих участков устройства, перпендикулярных полю.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора, которое позволит обеспечить надежность работы устройства и термоядерного реактора в течение необходимого числа циклов срывов плазмы.

Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение нагрузочной способности по току и податливости устройства в целом за счет создания в токопроводящих пластинах участков с встречно направленным током, перпендикулярным тороидальной составляющей магнитного поля.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора, содержащем установленные в единый пакет токопроводящие пластины с разнонаправленными участками поверхности, выполненными между фланцами для крепления к внутрикамерному компоненту и вакуумному корпусу, согласно заявленному изобретению поверхность пластин с разнонаправленными участками имеет форму симметричной волны по меньшей мере одного полного периода.

Выполнение токопроводящих пластин в виде симметричной волны одного полного периода или симметричной волны любого другого целого числа полных периодов обеспечивает взаимную компенсацию сил, возникающих в пластинах при взаимодействии тока с тороидальной (доминирующей) составляющей магнитного поля, что позволяет увеличить нагрузочную способность по току и податливость устройства в целом.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано устройство для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора (общий вид, изометрия), на фиг. 2 представлена токопроводящая пластина (вид сверху), на фиг. 3 показана токопроводящая пластина (вид сбоку).

Устройство для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора содержит токопроводящие пластины 1 с фланцами, проставки 2, 3 и крепежные элементы: шпильки 4 и гайки 5. Во фланцах некоторых токопроводящих пластин 1 и некоторых проставках 2, 3 выполнены монтажные отверстия для крепления к вакуумному корпусу термоядерного реактора (на чертеже не показан) и внутрикамерному компоненту (на чертеже не показан). Поверхность токопроводящих пластин 1 между фланцами выполнена с разнонаправленными участками и имеет форму симметричной волны одного полного периода. В зависимости от требований компоновки поверхность токопроводящих пластин 1 может иметь форму симметричной волны более одного полного периода. Токопроводящие пластины 1 собраны в единый пакет, при этом между токопроводящими пластинами 1 установлены проставки 2, 3. Пакет токопроводящих пластин 1 и проставок 2 скреплен посредством крепежных элементов: шпилек 4 и гаек 5, либо иным способом (пайка, сварка).

Устройство работает следующим образом.

Во время работы термоядерного реактора фланцы пластин устройства циклически смещаются друг относительно друга из-за разных температур конструкций и других факторов. При этом форма пластин 1 в виде симметричной волны обеспечивает требуемую податливость устройства по трем координатам.

При срыве плазмы от внутрикамерного компонента к вакуумному корпусу термоядерного реактора необходимо отвести большой электрический ток. От внутрикамерного компонента ток течет в устройство через присоединенный к компоненту фланец устройства. После протекания через пластины устройства ток течет в вакуумный корпус через присоединенный к нему фланец устройства. При протекании тока через пластины 1 устройства происходит компенсация усилий, появляющихся на одних перпендикулярных тороидальному полю участках, за счет усилий на других участках, где ток течет относительно тороидального поля в обратном направлении. Полная компенсация усилий, порожденных током и тороидальным магнитным полем, обусловлена симметричной формой волны пластины и полным ее периодом (целым числом периодов).

Устройство для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора, содержащее установленные в единый пакет токопроводящие пластины с разнонаправленными участками поверхности, выполненными между фланцами для крепления к внутрикамерному компоненту и вакуумному корпусу, отличающееся тем, что поверхность пластин с разнонаправленными участками имеет форму симметричной волны по меньшей мере одного полного периода.

Заявленное изобретение относится к способу увеличения эффективности преобразования энергии лазерного термоядерного синтеза. В заявленном способе поглощающий теплоноситель формирует сплошную завесу вокруг источника ионизирующего излучения, что реализуется посредством заявленного устройства.

Способ измерения пространственного распределения ионной температуры водородной плазмы // 2569379

Изобретение относится способу измерения пространственного распределения ионной температуры водородной плазмы и характеризуется тем, что измеряют энергетическое распределение атомов перезарядки, поступающих из плазмы, калиброванным многоканальным анализатором, каждый канал которого регистрирует атомы определенной энергии.

Электроизолирующее устройство для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора // 2563975

Изобретение относится к термоядерному синтезу. Электроизолирующее устройство для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора содержит гибкую полую опору с фланцами, болт и закрепительную гильзу.

Устройство для контроля нарабатываемого трития в бланкете термоядерного реактора // 2560528

Изобретение относится к устройству для контроля нарабатываемого трития в бланкете термоядерного реактора. Заявленное устройство выполнено в виде контейнера (1), по оси которого расположены капсулы (5), содержащие металлические детекторы (7) нейтронного излучения и детекторы (6) наработки трития из тритийвоспроизводящего материала, оба конца которого закрыты пробками (2, 3) из малоактивируемого материала.

Фокусирующая оптическая система с тороидальными зеркалами // 2552029

Изобретение относится к оптическим системам для фокусировки пучка. Оптическая система содержит корпус (1) с входным отверстием (2) для ввода вдоль оптической оси (3) пучка лазерного излучения (4), который отражается от первого конического зеркала (5), проходит через цилиндрическое окно (6), кольцевое коническое зеркало (7) и, пройдя через кольцевое тороидальное зеркало (8) и главное тороидальное зеркало (9), выводится через выходное отверстие (10), фокусируясь в точке (11).

Способ проведения реакции управляемого ядерного синтеза и устройство для его осуществления // 2546960

Заявленная группа изобретений относится к средствам для проведения реакции управляемого ядерного синтеза. Для этого осуществляют инжектирование ускоренных ионов легких элементов в вакуумированный кольцевой канал (1) со стенкой (2), выполненной из материала, способного к электризации, имеющий продольную ось (3) в виде выпуклой гладкой линии.

Способ защиты от эрозии первой стенки реактора ядерного синтеза с магнитным удержанием // 2546333

Изобретение относится к средствам управляемого ядерного синтеза с магнитным удержанием плазмы и может быть использовано в термоядерных реакторах для защиты стенок.

Сироты способ осуществления управляемого термоядерного синтеза // 2545017

Изобретение относится к способу осуществления управляемого термоядерного синтеза. Способ включает периодическое взрывание термоядерного взрывного устройства внутри реактора в виде прочного корпуса (1), в котором имеется вода (2), превращаемая в пар, используемый для потребных нужд, и отличается тем, что прочный корпус заполняется водой, которая при любом ее агрегатном состоянии остается должное время в пределах внутреннего пространства прочного корпуса, через который производится отбор утилизируемой теплоты, аккумулированной внутри этого корпуса.

Способ осуществления столкновительных ядерных реакций на основе эффекта каналирования ядерных частиц и излучений в фазах внедрения и эндоэральных структурах // 2540853

Заявленное изобретение относится к способу осуществления ядерных реакций. Заявленный способ характеризуется тем, что каналируемые ядерные частицы, ионы или излучения при каналировании фокусируются в определенном месте канала в кристаллической решетке фазы внедрения, нанотрубках или за их пределами.

Сироты термоядерное взрывное устройство // 2538232

Изобретение относится к области энергетики, в частности термоядерным взрывным устройствам. Термоядерное взрывное устройство (2), выполненное из металла, включает размещенную внутри него капсулу (1) из дейтерия или смеси дейтерия и трития и любого иного термоядерного топлива.

Устройство для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора // 2594490

Изобретение относится к области термоядерного синтеза. Устройство для крепления модуля бланкета на вакуумном корпусе термоядерного реактора содержит гибкую полую опору с фланцами, одним из которых опора установлена в посадочное гнездо вакуумного корпуса с образованием резьбового соединения с ним, а другим фланцем соединена с модулем с помощью резьбовых крепежных элементов. Устройство снабжено закрепительной втулкой и направляющим кольцом, которые установлены на фланце гибкой опоры, обращенном к модулю и выполненном с двумя диаметрально расположенными лысками. Втулка снабжена выступами, которые выполнены на ее внутренней поверхности и контактируют с лысками фланца с возможностью скольжения по ним. На торцевой поверхности втулки перпендикулярно к упомянутым выступам выполнены пазы, а направляющее кольцо закреплено на вакуумном корпусе и снабжено полозьями, которые установлены в пазах закрепительной втулки с возможностью скольжения по ним. Технический результат - фиксация гибкой полой опоры от вращения в резьбовых соединениях с модулем и вакуумным корпусом при сохранении ее плоскопараллельного смещения по двум координатам фланца опоры, обращенного к модулю. 5 ил.

Способ наведения излучения многоканального лазера в заданные точки мишени и комплекс для его осуществления // 2601505

Способ наведения излучения многоканального лазера в заданные точки мишени и комплекс для его осуществления основаны на использовании одних и тех же шести датчиков, установленных вокруг мишенной камеры попарно напротив друг друга. При этом четыре датчика размещены в экваториальной плоскости МК, а два - в зоне полюсов. Юстировку мишени осуществляют с помощью двух кубических имитаторов мишени. Один из имитаторов выполнен в виде куба с зеркальными гранями и оптическими метками, другой - в виде куба, грани которого выполнены с двумя областями - центральная с матовой поверхностью, периферийная с зеркальной поверхностью. Команды исполнительным органам перемещений, управление положением мишени, обработку изображения производят автоматически. Технический результат заключается в возможности применения для различных типов мишеней без ограничения типа геометрии сведения пучков на мишень и повышении быстродействия. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

Способ ударного сжатия тел малой плотности, снаряд и реактор для его осуществления // 2610865

Изобретение относится к области средств получения высоких динамических давлений и температур и может быть использовано для проведения химических реакций, изменения кристаллической структуры твердых тел при высоком давлении и температуре, в частности для получения искусственных алмазов (алмазного порошка), для сжатия DT-льда с целью получения нейтронного источника, для осуществления инерциального термоядерного синтеза. Снаряд для осуществления способа ударного сжатия тел малой плотности содержит оболочку снаряда 2 и сжимаемое тело 1, установленное в передней части оболочки снаряда. На оболочке снаряда может устанавливаться полый цилиндр 5, к хвосту которого может присоединяться тонкостенный полый цилиндр 7 с болванкой 9. Реактор для осуществления способа ударного сжатия тел малой плотности состоит из реакторной камеры и двух разгонных устройств для снарядов (пушек), смотрящих навстречу друг другу. Внутри реакторной камеры устанавливается пористый слой из пористого металла. Вместо пористого металла могут использоваться пенометалл, слой плотно уложенных тонкостенных металлических трубок, слои тонкостенных ячеек или сот. Сущность способа ударного сжатия тел малой плотности заключается в осевом сжатии каждого сжимаемого тела массивной задней частью оболочки снаряда при лобовом столкновении двух одинаковых снарядов в реакторной камере. При этом происходит также ударное сжатие ударной волной и может использоваться интерференция, а также фокусировка отраженных от границ раздела сжимаемых тел и оболочек снарядов ударных волн. Может осуществляться также радиальное сжатие сжимаемых тел сходящимся к оси снарядов кольцевым жидким или плазменным потоком, полученным в результате столкновения двух полых цилиндров. Может использоваться интерференция двух ударных волн, полученных в результате удара болванок по задним частям оболочек снарядов. Изобретение позволяет увеличить конечную степень сжатия, давление и температуру при динамическом сжатии тел малой плотности. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 17 ил.

Устройство для откачки изотопов водорода из вакуумного объема термоядерной установки // 2624312

Изобретение относится к области физической химии, вакуумной технике, управляемого термоядерного синтеза и предназначено для поддержания требуемого вакуума в вакуумном объеме термоядерных установок и удаления из них остатков топлива: изотопов водорода дейтерия и трития, а также для откачки вакуумных систем, в которых изотопы водорода служат рабочим газом. Устройство для откачки изотопов водорода из вакуумного объема термоядерной установки содержит одинаковые расположенные параллельно друг другу модули, установленные вдоль откачного тракта термоядерной установки, при этом каждый из модулей включает заключенные в корпус композитную мембрану на основе металлов 5-й группы Периодической системы элементов - ниобия, ванадия, тантала или их сплавов друг с другом, атомизатор, систему охлаждения и выходной объем, причем системы охлаждения модулей соединены друг с другом, выходные объемы модулей объединены в единый выходной объем, а откачной тракт термоядерной установки в местах отсутствия модулей перекрыт диафрагмой для предотвращения прохождения откачиваемой смеси газов, минуя модули. Изобретение обеспечивает эффективную откачку изотопов водорода из вакуумного объема термоядерных установок, снижение габаритов установки для откачки и свободное размещение установки в откачном тракте. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Бланкет термоядерного реактора // 2633373

Изобретение конструкции бланкета термоядерного реактора. Заявленный бланкет состоит из по крайней мере из одного вертикального металлического модуля, нижняя часть которого заполнена кипящим раствором сырьевого материала и соединена патрубком с устройством для извлечения из раствора целевых изотопов и радиоактивных отходов, а верхняя часть заполнена паром и соединена патрубком с паровым контуром циркуляции. Паровой контур включает последовательно установленные паровую турбину и конденсатор водяного пара, параллельно которому включен аварийный конденсатор и предохранительный клапан. В верхней части модуль соединен с устройством для рекомбинации продуктов радиолиза воды, а в нижней части модуль соединен трубопроводом с установленной в нем пробкой из материала с температурой плавления большей, чем рабочая температура раствора сырьевого материала, со сливной емкостью. Техническим результатом является повышение технологичности устройства за счет снижения рабочих температур, исключения токсичных и коррозионно-активных веществ, улучшения нейтронно-физических характеристик путем использования слабоактивируемых конструкционных материалов. 6 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 ил.

Бланкет термоядерного реактора с естественной циркуляцией // 2633419

Изобретение относится к конструкции бланкета термоядерного реактора. В заявленном устройстве предусмотрено наличие по крайней мере одного вертикального металлического модуля с раствором сырьевого материала, соединенного патрубками, расположенными в верхней и нижней части, с контуром естественной циркуляции, содержащим теплообменник, и байпасным контуром с устройством для извлечения из раствора целевых изотопов и радиоактивных отходов. В заявленном бланкете используют водные растворы сырьевого материала, а внутри модуля установлен винтовой одновитковый шнек с диаметром, равным внутреннему диаметру модуля. В верхней части модуль соединен с устройством для рекомбинации продуктов радиолиза воды, а в нижней части модуль соединен трубопроводом с установленной в нем пробкой из материала с температурой плавления большей, чем рабочая температура раствора сырьевого материала, со сливной емкостью. Техническим результатом является повышение технологичности устройства в результате снижения рабочих температур, исключения токсичных и коррозионно-активных веществ, улучшения нейтронно-физических характеристик за счет использования неактивируемых конструкционных материалов. 7 з.п. ф-лы, 3 табл., 4 ил.

Устройство для измерения характеристик спектральных линий плазмы в реакторе-токамаке // 2633517

Изобретение относится к устройству для измерения спектральных характеристик плазмы реактора-токамака. Устройство содержит измерительный объем с расположенными в нем катодами и анодом тлеющего разряда, размещенный в стенке вакуумной камеры реактора-токамака, соединенный диагностическим каналом с расположенными за вакуумной камерой средствами измерения спектральных характеристик плазмы с детектором излучения в виде ФЭУ и блоком обработки электрического сигнала. Измерительный объем напрямую соединен с объемом вакуумной камеры, вход диагностического канала расположен на противоположной относительно измерительного объема стенке вакуумной камеры, а блок обработки электрического сигнала содержит синхронный детектор, соединенный с модулятором амплитуды тока тлеющего разряда по гармоническому закону, соединенным с катодами тлеющего разряда. В качестве модулятора тока тлеющего разряда используют генератор напряжения. Техническим результатом является возможность измерения концентрации примесей путем измерения характеристик спектральных линий на значительной площади поверхности плазменного шнура с низкой статистической погрешностью измерений при высоком уровне фонового излучения. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ встречного разгона и столкновения нейтральных микрочастиц // 2633964

Изобретение относится к способам встречного разгона нейтральных микрочастиц. При вращении ротора 1 внутри неподвижного статора 8, 10 исследуемые образцы (жидкость или газ) поступают во входные окна 18 и затем проходят через зазоры, образованные зубцами статора 10 и ротора 7. При этом движение микрочастиц будет формироваться двумя силами. Первая сила образуется за счет шнекового эффекта, при котором частицы, оказавшиеся в пазах, будут двигаться вдоль пазов. Вторая сила образуется за счет того, что частицы благодаря центробежным силам попадают в зазор между зубцами ротора и статора в зоны взаимного пересечения зубцов. Площадь зазора между зубцами статора и ротора определяется в зависимости от угла взаимного пересечения зубцов статора и ротора. Максимальные размеры этой площади, на входе в ускорители. Техническим результатом является снижение расхода материала, повышение КПД установок для встречного разгона и снижение их габаритов. 3. з.п. ф-лы, 4 ил.

Устройство для встречного разгона нейтральных микрочастиц // 2633994

Изобретение относится к устройствам для встречного разгона нейтральных микрочастиц. Устройство содержит систему управления и состоит из коаксиально установленных двух ускорителей, направленных суженной стороной навстречу друг другу, с зазором и вращающихся относительно друг друга ротора 1 и статоров 10, выполненных так, что на входе ускорителя их диаметры больше, чем на выходе, на взаимообращенных поверхностях которых выполнены выступающие зубцы 3 с винтовыми пазами, идущими в противоположном направлении между ротором и статором с расходящимся от входного к выходному отверстиям ускорителя шагом, с числом зубцов ротора, равным числу зубцов статора и непрерывным зазором между каждым из зубцов статора и ротора, с шириной наружной поверхности зубцов, выполненной в зависимости от угла α их взаимного пересечения, причем в поперечном сечении выступающие зубцы выполнены в виде равнобедренной трапеции в расширенной части ротора и статора ускорителя и приближающимися к равнобедренному треугольнику в суженной его части. Техническим результатом является создание высокой концентрации нейтральных микрочастиц, таких как молекулы или атомы. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

Устройство для исследования термогидравлических характеристик жидкометаллического бланкета тяр // 2634307

Изобретение относится к устройству для исследования термогидравлических характеристик жидкометаллического бланкета термоядерного реактора. Устройство для исследования термогидравлических характеристик свинец-литиевого бланкета содержит вертикальные подъемный и опускной каналы прямоугольного сечения с поворотом потока на 90°, входной и выходной коллекторы. Кроме того, устройство имеет по меньшей мере два подъемных вертикальных канала, включенных гидравлически параллельно и разделенных в направлении магнитного поля по меньшей мере одной или двумя перегородками на подканалы, а также электронагревательные элементы, расположенные на внешних стенках устройства и между указанными каналами. Техническим результатом является оптимизация возможностей моделирования физических характеристик бланкета, в частности гидродинамических и тепловых характеристик течения жидкого металла в магнитном поле. 3 ил.