ТРИТИЙВОСПРОИЗВОДЯЩИЙ МОДУЛЬ БЛАНКЕТА ТЕРМОЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 2003 года по МПК G21B1/00 

Изобретение относится к области управляемого термоядерного синтеза (УТС), в частности, к конструкции тритийвоспроизводящих (бридинговых) модулей бланкета (ТМБ) термоядерного реактора.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому изобретению является тритийвоспроизводящий модуль бланкета термоядерного реактора, содержащий первую стенку, бридинговую зону, состоящую из бериллиевой зоны и зоны литийсодержащей керамики, силовую плиту и систему прокачки газа-носителя (см. "Керамический водоохлаждаемый бланкет", Промежуточный отчет от 31.01.56, Москва, 1996 г., с.8-21, рис.3.1-3.8).

Кроме того, первая стенка, выполненная в виде корпуса, охватывающего бридинговую зону с трех сторон, закреплена на силовой плите путем сварки ее по всему периметру. Первая стенка снабжена центральным ребром жесткости, предохраняющим первую стенку от деформаций, а контур прокачки включает в себя систему трубопроводов газа-носителя, расположенных внутри бридинговой зоны модуля. Система трубопроводов газа-носителя параллельно соединяет все зоны бридинговой зоны, при этом к каждой бериллиевой и к каждой литийсодержащей керамики зоне осуществлена независимая подводка газа-носителя.

Недостатки известной конструкции заключаются в том, что:
- низкая эффективность вывода трития, которая объясняется тем, что в бридинговой зоне модуля прокачка газа-носителя осуществляется пропусканием через все бериллиевые зоны, а также через зоны литийсодержащие керамику одновременно, в результате чего процесс насыщения тритием в каждой бериллиевой и зоне литийсодержащей керамики бридинговой зоны достигает определенного невысокого уровня, при этом контур прокачки (распределения) газа-носителя характеризуется неравномерностью прокачки и кратковременностью нахождения газа-носителя в бридинговой зоне, что не позволяет интенсифицировать процесс воспроизводства;
- большая поверхность первой стенки (порядка ~2м²) и значительный вес модуля бланкета (до 4500 кг) приводят к возникновению большого вектора нагрузок, на первую стенку и средства крепления модуля к вакуумному корпусу, что подтверждается в материалах ЕМ Loads on Breeding Blanket, Presented by Nobuharu Miki, VV & Blanket Div. Garching JWS, Breeding Blanket Meeting with Direkctor, Garching JWS, 25 July, 1997.

Задачей настоящего изобретения является создание модуля бланкета термоядерного реактора, который позволяет интенсифицировать процесс воспроизводства трития и повысить надежность термоядерного реактора.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении настоящего изобретения, заключается в повышении эффективности вывода трития из бланкета путем организации протекания газа-носителя через зоны литийсодержащий керамики после прохождения его через бериллиевые зоны в бридинговой зоне модуля, а также в снижении степени воздействия на первую стенку огромных электромагнитных сил при импульсах и срывах плазмы за счет имеющихся в стенке зазоров, что снижает возникающие в ней напряжения не менее чем в 10 раз.

Кроме того, предлагаемая конструкция позволяет расположить герметичные соединения труб в контуре прокачки газа-носителя с внешней стороны силовой плиты, что также повышает надежность модуля бланкета.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном тритийвоспроизводящем модуле бланкета термоядерного реактора, содержащем первую стенку, бридинговую зону, состоящую из бериллиевой зоны и зоны литийсодержащей керамики, силовую плиту и контур прокачки газа-носителя, бридинговая зона выполнена в виде отдельных блоков, при этом в каждом блоке имеются два входных и два выходных отверстия для прокачки газа-носителя через бериллиевую зону и зону литийсодержащей керамики, причем выходное отверстие из бериллиевой зоны каждого предыдущего блока соединено с входным отверстием в бериллиевую зону последующего блока, а выходное отверстие из бериллиевой зоны последнего блока соединено с входным отверстием в зону литийсодержащей керамики упомянутого блока, при этом выходное отверстие из зоны литийсодержащей керамики каждого последующего блока соединено с входным отверстием в зону литийсодержащей керамики предыдущего блока.

Кроме того, входные и выходные отверстия в блоках расположены в верхней и нижней его части и снабжены гибкими патрубками для газа-носителя, а силовая плита выполнена с отверстиями, через которые проходят патрубки.

Кроме того, задние стенки блоков выполнены с верхними и нижними ребрами для крепления блоков на силовой плите.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид тритийвоспроизводящего модуля бланкета термоядерного реактора; на фиг. 2 представлен вид первой стенки модуля со стороны плазмы; на фиг.3 показаны блоки модуля со стороны задних стенок; на фиг.4 представлен вид модуля с внешней стороны силовой плиты; на фиг.5 изображена схема контура прокачки газа-носителя, где пунктирной линией показан путь прохождения газа-носителя через бериллиевую зону, а сплошной линией - прохождение газа через зону литийсодержащую керамики.

Тритийвоспроизводящий модуль бланкета термоядерного реактора содержит первую стенку 1, бридинговую зону 2, выполненную из отдельных блоков, силовую плиту 3, контур прокачки 4 газа-носителя. Блоки 2 установлены с технологическими зазорами 5 между собой. Передние стенки блоков 2 образуют первую стенку 1, а зазоры 5 между блоками 2 образуют в первой стенке 1 модуля вертикальные разрывы. Блоки 2 содержат бериллиевые зоны и зоны литийсодержащие керамики. Задние стенки 6 каждого блока 2 выполнены с двумя входными отверстиями, расположенными в верхней части блока и снабженными гибкими патрубками 7, 8 и двумя выходными отверстиями, расположенными в нижней части блока и снабженными гибкими патрубками 9, 10. Гибкий патрубок 7 служит для подвода газа-носителя к бериллиевой зоне блока, а патрубок 8 - для подвода газа-носителя к зоне литийсодержащей керамики. Гибкий патрубок 9 служит для отвода газа-носителя из бериллиевой зоны блока, а патрубок 10 - для отвода газа-носителя из зоны литийсодержащей керамики. Силовая плита выполнена с отверстиями, через которые проходят патрубки 7, 8, 9, 10, соединяющие блоки 2 между собой, а также с подводящей и отводящей магистралью. На задних стенках 6 блоков 2 имеются верхние 11 и нижние ребра 12, которые путем сварки жестко соединены с силовой плитой 3.

Контур прокачки 4 газа-носителя организован следующим образом.

В первом блоке 2 бериллиевая зона через подводящий патрубок 7 соединена с подводящей магистралью 13 модуля. Выходное отверстие бериллиевой зоны первого блока 2 через отводной патрубок 9 связано с подводящим патрубком 7 бериллиевой зоны второго блока 2. А отводящий патрубок 9 бериллиевой зоны второго блока 2 связан с подводящим патрубком 7 следующего блока. В последнем блоке 2 отводящий патрубок 9 газа из бериллиевой зоны соединен с подводящим патрубком 8 в зону литийсодержащей керамики, соединенную с отводящим патрубком 10, который связан с подводящим патрубком 8 зоны литийсодержащей керамики предыдущего блока 2. При этом выход из зоны литийсодержащей керамики каждого последующего блока соединен со входом в зону литийсодержащей керамики предыдущего блока, а в первом блоке 2 отводящий патрубок 10 из зоны литийсодержащей керамики соединен с отводящей магистралью 14 модуля. В качестве гибких патрубков системы газа-носителя используют трубки малого диаметра, например 5-6 мм, что позволяет выполнять гибы патрубков, сварку между собой и контроль сварных швов после монтажа блоков на силовой плите.

Предложенный тритийвоспроизводящий модуль термоядерного реактора функционирует следующим образом.

В термоядерном реакторе зажигают плазму. Тритийвоспроизводящие модули бланкета работают в условиях циклического нагружения при изменении плотности теплового потока плазмы от нуля до нескольких МВт/м². От воздействия теплового и нейтронного излучения плазмы модули бланкета разогреваются. Поглощенное первой стенкой 1 тепло отводится теплоносителем, при этом в бридинговой зоне поддерживается температура от 250 до 600^oС.

Под действием нейтронного потока в бридинговой зоне в процессе реакции деления происходит выделение трития.

Газ, прокачиваемый через контур прокачки 4, проходит через все блоки 2 модуля по материалу-размножителю через бериллиевые зоны, затем в обратном порядке следует через блоки 2 по материалу бридера через зону литийсодержащей керамики и по патрубку 10 первого блока отводится в магистраль 14 для дальнейшей обработки.

Выполнение бридинговой зоны в виде отдельных блоков 2 позволяет организовать прохождение газа-носителя через литийсодержащую керамику только после обработки им материала-размножителя, что увеличивает концентрацию трития в газе-носителе и повышает эффективность выделения трития из бланкета. Возможность установки магистралей подачи и отвода газа-носителя за пределами модуля позволяет значительно увеличить объем размещения материала размножителя в модуле, что также повышает коэффициент воспроизводства трития.

Кроме того, предлагаемая конструкция позволяет выполнять такие узлы как бридинговую зону 2 с первой стенкой 1 и силовую плиту 3 независимо друг от друга. После изготовления блоков 2 с первой стенкой 1, бридинговых зон 2 и силовой плиты 3 осуществляют сборку модуля бланкета.

Крепление блоков 2 на силовой плите 3 с помощью сварки ребер 11 и 12 задних стенок 6 не требует больших трудозатрат, так как осуществляется в легкодоступных местах. Кроме того, вес закрепляемого блока 2 и протяженность сварного соединения не требует больших запасов прочности. А сварка гибких патрубков 7, 8, 9 и 10 газа-носителя с соседними блоками и с соответствующими магистралями за пределами самого модуля упрощает процесс сварки и обеспечивает герметичное соединение и контроль швов, что повышает надежность модуля и, следовательно, термоядерного реактора.

Таким образом, предлагаемый тритийвоспроизводящий модуль бланкета термоядерного реактора повышает эффективность вывода трития из бланкета за счет интенсификации процесса насыщения газа-носителя тритием во время прохождения его через бридинговую зону модуля.

Кроме того, предлагаемый ТМБ упрощает конструкцию и технологию изготовления ТМБ, так как позволяет удалить из бридинговой зоны подводящие и отводящие магистрали газа-носителя, сокращает объем сварочных работ в труднодоступных местах, обеспечивает герметичное соединение труб в контуре прокачки газа-носителя, что также повышает надежность реактора.

Использование: в конструкции тритийвоспроизводящего модуля бланкета термоядерного реактора. Сущность изобретения: модуль бланкета термоядерного реактора, содержащий первую стенку, бридинговую зону, состоящую из бериллиевой зоны и зоны литийсодержащей керамики, силовую плиту и контур прокачки газа-носителя, бридинговая зона выполнена в виде отдельных блоков, при этом в каждом блоке имеются два входных и два выходных отверстия для прокачки газа-носителя через бериллиевую зону и зону литийсодержащей керамики, причем выходное отверстие из бериллиевой зоны каждого предыдущего блока соединено с входным отверстием в бериллиевую зону последующего блока, а выходное отверстие из бериллиевой зоны последнего блока соединено с входным отверстием в зону литийсодержащей керамики упомянутого блока, при этом выходное отверстие из зоны литийсодержащей керамики каждого последующего блока соединено с входным отверстием в зону литийсодержащей керамики предыдущего блока. Технический результат - повышение эффективности вывода трития из бланкета за счет интенсификации процесса насыщения газа-носителя тритием во время прохождения его через бридинговую зону модуля. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Модуль бланкета термоядерного реактора, содержащий первую стенку, бридинговую зону, состоящую из бериллиевой зоны и зоны литийсодержащей керамики, силовую плиту и систему прокачки газа-носителя, отличающийся тем, что бридинговая зона выполнена в виде отдельных блоков, при этом в каждом блоке имеются два входных и два выходных отверстия для прокачки газа-носителя через бериллиевую зону и зону литийсодержащей керамики, причем выходное отверстие из бериллиевой зоны каждого предыдущего блока соединено с входным отверстием в бериллиевую зону последующего блока, а выходное отверстие из бериллиевой зоны последнего блока соединено с входным отверстием в зону литийсодержащей керамики упомянутого блока, при этом выходное отверстие из зоны литийсодержащей керамики каждого последующего блока соединено с входным отверстием в зону литийсодержащей керамики предыдущего блока. 2. Модуль бланкета по п. 1, отличающийся тем, что входные и выходные отверстия в блоках расположены в верхней и нижней его частях и снабжены гибкими патрубками для газа-носителя, а силовая плита выполнена с отверстиями, через которые проходят патрубки. 3. Модуль бланкета по п. 1 или 2, отличающийся тем, что задние стенки блоков выполнены с верхними и нижними ребрами для крепления блоков на силовой плите.