ТЕРМОЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР Российский патент 1997 года по МПК G21B1/00 

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано в термоядерных реакторах.

Известен термоядерный реактор (Технический проект "Наружный боковой сегмент термоядерного реактора ИТЭР с эвтектикой Li17Pb83 в качестве тритийвоспроизводящего материала" инв. N 310-238-3676, 91 г. с.4, 32), 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;
сложность совмещения деталей узлов крепления на вакуумном корпусе и отверстий на сегментах.

Наиболее близким по своей технической сущности к предложенному является термоядерный реактор, содержащий вакуумный корпус, в котором размещены сегменты бланкета со средствами крепления и опорной конструкцией ("JTER Containment Straitnres" JTER Dokumentation Series, N 28, 16.11.90, Fiq Y1.2.4.-1, Fiq Y1.2.5.-1, p.53-54).

В указанном техническом решении сегменты бланкета закреплены с помощью торцевого крюка, который опирается на выступ вакуумного корпуса, при этом торцевой 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 ухудшает 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 результата, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении надежности и срока эксплуатации термоядерного реактора, а также в упрощении монтажно-демонтажных работ с сегментами бланкета и снижении трудозатрат, связанных с монтажом бланкета.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в термоядерном реакторе, содержащем вакуумный корпус, в котором размещены сегменты бланкета со средствами крепления и опорной конструкцией, опорная конструкция снабжена продольными ребрами, на всю ширину которых проделаны пазы для фиксации выступов, которыми снабжены боковые стенки сегментов и по длине которых проделаны сквозные щели под задвижки, расположенные в боковых стенках сегментов с возможностью вращения, кроме того, опорная конструкция установлена с возможностью перемещения в радиальном направлении относительно вакуумного корпуса, кроме того, в ребре от торца до щели выполнено резьбовое отверстие, а задвижка установлена на валу, снабженном корончатой гайкой с наружной резьбой, которая расположена в резьбовом отверстии. Кроме того, задвижка закреплена на валу посредством шпонки с возможностью отклонения оси задвижки относительно оси вала. Кроме того, со стороны вакуумного корпуса в стенке щели выполнена горизонтальная выемка, длина которой равна ширине ребра, а ширина соответствует ширине задвижки.

На фиг.1 изображено продольное сечение термоядерного реактора; на фиг.2
крепление опорной конструкции на вакуумном корпусе с возможностью перемещения в радиальном направлении; на фиг.3 фиксирование опорной конструкции при радиальном ее смещении относительно вакуумного корпуса; на фиг.4 сегмент бланкета; на фиг.5 вид ячейки опорной конструкции без сегментов бланкета; на фиг.6 поперечное сечение средств крепления сегментов бланкета на опорной конструкции в рабочем положении поворотной задвижки; на фиг.7 поперечное сечение средств крепления сегментов на опорной конструкции в нерабочем состоянии; на фиг.8 схема компенсаций напряжений, возникающих в сегментах в различных направлениях плоскости; на фиг.9 схема установки домкрата для сборки бланкета.

Согласно фиг.1-9 термоядерный реактор содержит вакуумный корпус 1, сегменты бланкета 2, установленные в опорной конструкции3. Опорная конструкция имеет замкнутую поверхность в виде тора или, например в виде цилиндрической стенки 4, состоящей из отдельных металлических листов, соединенных между собой, например сваркой, продольных ребер 5, закрепленных на цилиндрической стенке 4 в местах соединения листов по всей высоте стенки 4. Цилиндрическая стенка 4 с ребрами 5 образует ячейки 6, в которых размещены сегменты бланкета 2. опорная конструкция 3 снабжена гибкой подвеской 7, состоящей, например из пакета тонких стальных пластин. С помощью гибкой связи 7 опорная конструкция 3 вместе с сегментами бланкета 2 закреплена на вакуумном корпусе 1, что обеспечивает опорной конструкции 3 подвижность в радиальном направлении относительно вакуумного корпуса 1. Под опорной конструкцией 3 в вакуумном корпусе 1 установлен кольцевой диск 8, на котором по окружности имеются направляющие штыри 9. Со стороны кольцевого диска 8 каждая ячейка 6 опорной конструкции 3 перекрыта полкой 10, а в ней выполнена прорезь 11 в радиальном направлении, при этом направляющие штыри 9 входят в прорезь 11 полки 10.

Средства крепления сегментов 2 выполнены в виде горизонтального выступа 12 на боковых стенках сегментов 2, поворотной задвижки 13, торцы которой расположены в боковых стенках сегментов 2, и горизонтального паза 14, проделанного на всю ширину ребра для фиксации выступов 12 сегментов 2. Сегменты бланкета 2 установлены в вертикальных ячейках 6 опорной конструкции 3 с технологическими зазорами, при этом выступы 12 вставлены в горизонтальные пазы 14 ребер 5 опорной 3 конструкции. По длине ребра 5 друг за другом проделаны сквозные щели 15, выполненные под задвижки 13. Соответственно задвижкам 13 на боковых стенках сегментов 2 выполнены вертикальные канавки 16, в которые введены торцы задвижки 13. В ребре 5 от торца щели выполнены резьбовые отверстия 17. Поворотная задвижка 13 установлена на подвижном валу 18, который снабжен корончатой гайкой 19 с наружной резьбой. Корончатая гайка 19 расположена в резьбовом отверстии 17 ребра 5, а поворотная задвижка 13 закреплена на валу 18 при помощи шпонки 20, обеспечивающей отклонение оси задвижки 13 от оси вала 18. В ребре 5 со стороны вакуумного корпуса 1 в стенке щели 15 выполнена горизонтальная выемка 21, длина которой равна ширине ребра 5, а ширина соответствует ширине задвижки 13. В выемке 21 между задвижкой 13 и поверхностью ребра 5 на валу 18 установлена пружина 22.

Порядок сборки и монтажа термоядерного реактора. В вакуумном корпусе 1 на гибкой подвеске 7 закрепляют металлические листы, которые сваривают друг с другом, образуя замкнутую цилиндрическую стенку 4. Соединение металлических листов сваркой позволяет компенсировать монтажные и технологические зазоры. В местах соединения листов по всей высоте стенки 4 закрепляют ребра 5. Под опорной конструкцией 3 в вакуумном корпусе 1 устанавливают кольцевой диск 8, а каждую ячейку 6 опорной конструкции 3 со стороны диска 8 перекрывают полкой 10, при этом штыри 9 диска 8 входят в радиальные прорези 11 полок 10. Для монтажа сегменты 2 выставляют по высоте в радиальном направлении напротив ячеек 6 и устанавливают в них, при этом выступы бланкета 12 входят в горизонтальные пазы 14 на ребрах 5 опорной конструкции 3. Перед установкой сегментной 2 в ячейки 6 поворотные задвижки 13 в щелях 15 ребер 5 находятся в вертикальном положении. Для поджатия сегментов 2 к торцевой поверхности ячейки 6 используют домкрат 23, опоры которого устанавливают на торце ребра 5. После того, как зазоры между посадочными поверхностями ячеек 6 и сегментов 2 будут выбраны, задвижка 13 поворачивается на 90^o, при этом торцы задвижки 13 входят в вертикальные канавки 16 на боковых стенках сегментов 2, затем вращая корончатую гайку 20, задвижку 13 поджимают вместе с валом 18 в сторону цилиндрической стенки 4, в результате чего пружина 22 сжимается, задвижка 13 входит в горизонтальную выемку 21 и фиксируется в рабочем положении, что обеспечивает жесткое соединение сегментов 2 бланкета с опорной конструкцией 3, а также предохраняет ее от проворачивания во время эксплуатации. Неточности при установке сегментов 2 и ячейки 6 (несовпадение канавки 16 и задвижки 13) могут быть компенсированы за счет имеющейся возможности отклонения горизонтальной оси задвижки 13 относительно оси вала 18.

Таким образом, сегменты 2 жестко соединены друг с другом, с опорной конструкцией 3, по горизонтали они образуют замкнутое кольцо бланкета, которое предохраняет сегменты от смещения по всем направлениям.

Предложенный реактор функционирует следующим образом. В диверторном пространстве термоядерного реактора зажигают плазму. Под действием теплового и нейтронного излучения плазмы бланкет 2 разогревается. Возникающие тепловые расширения сегментов 2 в горизонтальных направлениях компенсируются за счет технологических и тепловых зазоров между сегментами 2 и стенками ячеек 6, 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 оказывается под воздействием сил, величина которых колеблется от 12 МН до 24 МН, причем, в близлежащих гранях соседних сегментов эти силы имеют противоположные направления. Благодаря тому, что горизонтальные выступы 12 сегментов 2 опираются на стенки ребер 5 в из пазах 14, а задвижки 13 жестко фиксируют сегменты в опорной конструкции 3, усилия, возникшие в боковых гранях сегментов 2, передаются на боковые стенки ребер 5, направление которых противоположно силам в прилегающим к ним гранях сегментов 2. В результате боковые стенки каждого ребра 5 оказываются под воздействием усилий, имеющих противоположные направления, происходит взаимокомпенсация этих сил. Следовательно, нагрузки, возникающие в сегментах бланкета 2 при срыве плазмы, компенсируются опорной конструкцией 3. Гибкая связь 7, обеспечивающая подвижность опорной конструкции 3 в радиальных направлениях относительно вакуумного корпуса 1, позволяет компенсировать тепловые расширения опорной конструкции 3, а, кроме того, упрощает ее монтаж и обеспечивает высокую точность сборки относительно контрольных точек реактора, так как такая конструкция позволяет компенсировать технологические неточности изготовления элементов реактора. Поскольку опорная конструкция 3 подвешена на вакуумном корпусе 1 на гибких подвесках 7, происходит взаимная компенсация тепловых расширений опорной конструкции 3 и вакуумного корпуса 1.

Таким образом, термоядерный реактор предложенной конструкции позволяет повысить надежность 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 монтажом сегментов бланкета.

Использование: ядерная техника. Сущность изобретения: термоядерный реактор содержит вакуумный корпус, сегменты бланкета со средствами крепления и опорную конструкцию, которая снабжена продольными ребрами. На всю ширину ребер проделаны пазы для фиксации выступов, которыми снабжены боковые стенки сегментов. По длине ребер проделаны сквозные щели под задвижки, расположенные в боковых стенках сегментов с возможностью вращения. Опорная конструкция установлена с возможностью перемещения в радиальном направлении относительно вакуумного корпуса. В ребре от торца до щели выполнено резьбовое отверстие. Задвижка установлена на валу, снабженном корончатой гайкой с наружной резьбой, которая расположена в резьбовом отверстии. Поворотная задвижка закреплена на валу посредством шпонки с возможностью отклонения оси поворотной задвижки относительно оси вала. Со стороны вакуумного корпуса в стенке щели выполнена горизонтальная выемка, длина которой равна ширине ребра, а ширина соответствует ширине задвижки. Данное выполнение позволяет компенсировать нагрузки, возникающие в бланкете при срыве плазмы и осуществлять замену вышедших из строя сегментов бланкета. 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Термоядерный реактор, содержащий вакуумный корпус, в котором размещены сегменты бланкета со средствами крепления и опорной конструкцией, отличающийся тем, что опорная конструкция снабжена продольными ребрами, на всю ширину которых проделаны пазы для фиксации выступов, которыми снабжены боковые стенки сегментов, и по длине которых проделаны сквозные щели под задвижки, расположенные в боковых стенках сегментов с возможностью вращения. 2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что опорная конструкция установлена с возможностью перемещения в радиальном направлении относительно вакуумного корпуса. 3. Реактор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в ребре от торца до щели выполнено резьбовое отверстие, а задвижка установлена на валу, снабженном корончатой гайкой с наружной резьбой, которая расположена в резьбовом отверстии. 4. Реактор по пп.1 3, отличающийся тем, что поворотная задвижка закреплена на валу посредством шпонки с возможностью отклонения оси поворотной задвижки от оси вала. 5. Реактор по пп.1 4, отличающийся тем, что со стороны вакуумного корпуса в стенке щели выполнена горизонтальная выемка, длина которой равна ширине ребра, а ширина ширине задвижки.