ТЕРМОЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР Российский патент 1996 года по МПК G21B1/00 

Изобретение относится к ядерной технике.

Известен термоядерный реактор [1] содержащий вакуумный корпус, сегменты бланкета и клиновой механизм крепления сегментов на вакуумном корпусе. Для установки клинового механизма в вакуумном корпусе имеются ниши, к которым подведены трубопроводы рабочих сред, а в сегментах выполнены отверстия. Крепление сегментов к вакуумному корпусу осуществляют на трех уровнях.

Недостатки такой конструкции заключаются в следующем. Силовые воздействия сегментов, включая усилия при срывах плазмы, полностью передаются на вакуумный корпус. Наличие ниш с подведенными к ним коммуникациями являются дополнительными концентраторами механических напряжений в вакуумном корпусе, а также усложняют его конструкцию.

Сложно совмещение деталей узлов крепления на вакуумном корпусе и отверстий на сегментах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является термоядерный реактор [2] содержащий вакуумный корпус, сегменты бланкета со средствами крепления, опорную конструкцию. Сегменты бланкета закреплены с помощью торцового крюка, который опирается на выступ вакуумного корпуса, при этом торцовый крюк сегмента снабжен электронагревателем, а в выступе вакуумного корпуса имеется полость, заполненная легкоплавким металлом. Между собой сегменты бланкета соединены при помощи стяжных шпилек и конусной втулки, размещенных в сквозных отверстиях сегментов. При демонтаже сборки бланкета элементы стяжки разрезаются.

Недостатки прототипа заключаются в следующем. Жесткое крепление сегментов бланкета непосредственно на стенке вакуумного корпуса полностью передает силовые воздействия сегментов, включая усилия при срывах плазмы, причем направление этих усилий не имеет какой-либо закономерности, что требует от конструкции корпуса большого запаса прочности и усложняет обеспечение вакуумным корпусом его основной функции поддержание вакуума в термоядерном реакторе. Сквозные отверстия в сегментах бланкета снижают прочность и герметичность самого сегмента, а значит, и надежность реактора. За счет возникающей разности тепловых расширений сегментов (при больших линейных размерах) может произойти смещение отверстий и срез скрепляющих шпилек, что также снижает надежность реактора. Изготовление сквозных отверстий в сегментах бланкета, совмещение узлов крепления сегментов друг с другом, закрепление сегментов на вакуумном корпусе связаны с выполнением трудоемких дорогостоящих операций.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении надежности и срока эксплуатации теpмоядерного реактора, а также упрощение монтажно-демонтажных pабот с сегментами бланкета и снижение трудозатрат, связанных с изготовлением бланкета и средств крепления.

Указанный технический pезультат достигается за счет того, что в термоядерном реакторе, содержащем вакуумный корпус, в котором размещены сегменты бланкета со средствами крепления и опорная конструкция, опорная конструкция собрана из вертикально установленных элементов П-образной формы, на внутренних боковых стенках которых выполнены вертикальные канавки, расположенные друг за другом по высоте элементов, и по крайней мере один горизонтальный паз, начинающийся с торца опорного элемента, при этом средства крепления сегментов бланкета выполнены в виде по крайней мере одного выступа и стопоров, расположенных на боковых стенках сегментов, стопоры снабжены приводами, расположенными внутри бланкета, высота и ширина выступа на сегменте соответствуют высоте и глубине горизонтального паза на опорном элементе, а глубина вертикальных канавок соответствует рабочему ходу стопора сегмента, кроме того, элементы опорной констpукции установлены с возможностью перемещения в радиальном направлении относительно корпуса, опорные элементы на коpпусе могут быть закреплены разъемно.

На фиг.1 изображен термоядерный реактор, в pазрезе; на фиг. 2 тот же реактор, поперечное сечение; на фиг. 3 сегмент бланкета; на фиг. 4 опорный элемент; на фиг. 5 показано крепление опорного элемента на вакуумном коpпусе; на фиг. 6 размещение стопора с приводом в сегменте бланкета; на фиг. 7 и 8 фиксирование опорного элемента в горизонтальной плоскости; на фиг. 9 направление суммарных электромагнитных сил на сегменте при срыве плазмы; на фиг. 10 пpедставлена схема компенсаций веpтикальных составляющих в элементах опорной конструкции.

Термоядерный реактор содержит вакуумный корпус 1, сегменты 2 бланкета, установленные в опорной конструкции 3. Опоpная конструкция 3 собрана из элементов 4 П-образной формы. Каждый элемент 4 снабжен гибкой подвеской 5, состоящей, например, из пакета тонких стальных пластин. С помощью подвески 5 и pазъемного соединения 6, например болтового или винтового, элемент 4 закреплен на вакуумном корпусе 1, гибкая подвеска 5 обеспечивает элементу 4 подвижность в радиальном направлении относительно вакуумного корпуса. Между собой элементы 4 скреплены болтами 7. При помощи подгонки забойных деталей 7 обеспечивается необходимая точность установки элементов 4 в сборке опорной конструкции 3 относительно контрольных точек. Под опорной конструкцией 3 в вакуумном корпусе 1 установлен кольцевой диск 8, на котором по окружности имеются направляющие штыpи 9. Со стороны кольцевого диска 8 П-образный элемент 4 перекрыт полкой 10, а в ней выполнена прорезь 11 в радиальном направлении, при этом направляющие штыри 9 входят в проpезь 11 полки 10. На внутренних боковых стенках элементов 4 имеются вертикальные канавки 12, расположенные друг за другом по высоте элементов 4, и горизонтальный паз 13, начинающийся с торца опорного элемента 4. Средства крепления сегментов 2 выполнены в виде выступа 14 и стопоров 15, установленных на боковых стенках сегментов 2 бланкета, при этом стопоры 15 снабжены приводами 16, расположенными внутри бланкета. Высота и ширина выступов 14 соответствуют высоте и глубине горизонтального паза 13 на элементе 4, а глубина вертикальных канавок 12 рабочему ходу стопоров 15. Сегменты 2 бланкета установлены в опорных элементах 4 с технологическими зазорами, при этом выступы 14 бланкета помещены в горизонтальные пазы 13 опорных элементов 4, а стопора 15 вставлены в вертикальные канавки 12, в результате чего сегменты 2 бланкета закреплены в горизонтальном и вертикальном направлениях.

Предложенный реактор функционирует следующим образом.

В дивеpторном пространстве термоядерного реактоpа зажигают плазму. Под действием теплового и нейтронного излучения плазмы бланкет разогревается. Возникающие тепловые pасширения сегментов 2 в гоpизонтальных напpавлениях компенсиpуются за счет технологических и тепловых зазоров между сегментами 2 и стенками элементов 4, а в вертикальном направлении тепловые расширения компенсируются за счет свободного расширения сегментов вверх и вниз. При срыве плазмы образуется мощный электромагнитный импульс, который воздействует на сегменты 2, и они оказываются под воздействием сил, величина которых колеблется от 12 до 24 МН, причем в близлежащих гранях соседних сегментов эти силы имеют противоположные направления. Благодаря тому, что горизонтальные выступы 14 сегментов опираются на внутренние боковые стенки элементов 4 в их пазах 13, а стопоры 15 сегментов взаимодействуют с вертикальными канавками 12 элементов 4, сегменты 2 бланкета и элементы 4 жестко соединены друг с другом и усилия, возникающие в боковых гранях сегментов, передаются на внутренние боковые стенки элементов 4, направление которых противоположно силам в прилегающих к ним гранях сегментов 2. В результате боковые стенки соседних элементов 4 оказываются под воздействием усилий, имеющих противоположные направления и, так как элементы 4 между собой жестко связаны, происходит взаимокомпенсация этих сил. Следовательно, нагрузки, возникающие в сегментах 2 бланкета при срыве плазмы, компенсируются опорной конструкцией 3. Гибкая подвеска 5, обеспечивающая подвижность элементов 4 в радиальном направлении относительно вакуумного корпуса 1, компенсирует тепловые расширения в опорной конструкции 3, а кроме того, упрощает монтаж элементов опорной конструкции 3 и позволяет обеспечить высокую точность сборки опорной конструкции относительно контрольных точек реактора, так как такая конструкция позволяет компенсировать технологические неточности изготовления элементов реактора. Поскольку элементы 4 подвешиваются на вакуумном корпусе 1 разъемно, а затем соединяются в единую опорную конструкцию, происходит компенсация тепловых расширений опорной конструкции 3 и вакуумного корпуса 1. Размещение приводов 16 внутри сегментов 2 бланкета позволяет защитить их от разрушительного воздействия плазмы, что обеспечивает надежный режим работы и в то же время не затрудняет замену вышедшего из строя сегмента.

Данная конструкция позволяет производить ремонт элементов опорной конструкции, заменяя ее на новую, отсоединив ее от вакуумного корпуса и от соседних опорных элементов.

Таким образом, изобретение позволяет повысить надежность термоядерного реактора в работе путем исключения усилий от срыва плазмы на вакуумный корпус, увеличить срок эксплуатации за счет заменяемости вышедших из строя сегментов, а также упростить монтажно-демонтажные работы при монтаже сегментов и снизить трудозатраты, связанные с изготовлением сегментов бланкета и средств крепления.

Использование: в ядерной технике, в термоядерных реакторах. Сущность изобретения: термоядерный реактор содержит вакуумный корпус, сегменты бланкета со средствами крепления. В корпусе установлена опорная конструкция, собранная из элементов П-образной формы, на внутренних боковых стенках которых имеются вертикальные канавки, расположенные друг за другом по высоте элементов, и по крайней мере один горизонтальный паз, начинающийся с торца опорного элемента. Средства крепления сегментов бланкета выполнены в виде по крайней мере одного выступа и стопоров, установленных на боковых стенках сегмента. Стопоры снабжены приводами, расположенными внутри бланкета. Высота и ширина выступа на сегменте соответствуют высоте и глубине паза на опорном элементе, а глубина вертикальных канавок - рабочему ходу стопора бланкета. Элементы опорной конструкции установлены с возможностью перемещения в радиальном направлении относительно вакуумного корпуса. Опорные элементы на корпусе закреплены разъемно. Данное выполнение термоядерного реактора позволяет компенсировать тепловые расширения бланкета, вакуумного корпуса, опорной конструкции, а также компенсировать нагрузки, возникающие в бланкете при срыве плазмы, что повышает надежность реактора и увеличивает срок его эксплуатации. 2 з. п. ф-лы, 10 ил.

1. ТЕРМОЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР, содержащий вакуумный корпус, в котором размещены сегменты бланкета со средствами крепления и опорная конструкция, отличающийся тем, что опорная конструкция собрана из вертикально установленных П-образных элементов, на внутренних боковых стенках которых выполнены вертикальные канавки, расположенные одна за другой по высоте элементов, и по крайней мере один горизонтальный паз, начинающийся с торца опорного элемента, при этом средства крепления сегментов бланкета выполнены в виде по крайней мере одного выступа и стопоров, расположенных на боковых стенках сегментов, причем стопоры снабжены приводами, расположенными внутри бланкета, высота и ширина выступа на сегменте соответствует высоте и глубине горизонтального паза на опорном элементе, а глубина вертикальных канавок соответствует рабочему ходу стопора сегмента. 2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что элементы опорной конструкции установлены с возможностью перемещения в радиальном направлении относительно вакуумного корпуса. 3. Реактор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что опорные элементы на корпусе закреплены разъемно.