Лимитер Российский патент 2019 года по МПК G21B1/00 

Изобретение относится к ядерной физики, в частности, к оборудованию для оснащения термоядерных реакторов типа токамак и может быть использовано для обеспечения литиевого цикла внутри рабочего объема реактора.

Известен лимитер (см. TECHNIKAL BASIS FOR THE ITER-FEAT OUTLINE DESIGN. International Atomic Energy Agency, Vienna, 2000, Chapter II Section 2. Page 6,7), содержащий теплоотводящие элементы со встроенными каналами охлаждения, образующие первую стенку с нанесенным бериллиевым покрытием.пористые испарители и пористые уловители паров лития, накопительную емкость и элементы очистки использованного лития.

Недостатком известного устройства является наличие большого количества холодных элементов, интенсивно поглощающих тепловое излучение плазмы и, тем самым, снижающих ее температуру.

Наиболее близким по технической сущности является лимитер (см. патент РФ 1402160 "Возобновляемый лимитер термоядерного реактора-токамака, МПК G21B 1/00, 1994).), содержащий емкость, заполненную литием и имеющую тепловой контакт с омическим или СВЧ-нагревателями, емкость имеет входящий и выходящий трубопроводы для расплавленного лития, при этом элемент с расплавленным литием выполнен в виде замкнутого кольцевого желоба, соединенного с резервуаром, в полости замкнутого кольцевого желоба расположены нагреватели. Легкоплавкий материал, заполняющий замкнутый кольцевой желоб, выбран с температурой плавления в диапазоне 180-670°С.

Недостатки известного лимитера заключаются в том, что данная конструкция может быть реализована лишь в том случае, когда рабочая поверхность лимитера находится в горизонтальном положении, иначе расплавленный материал наполнителя вытечет из желоба, что весьма ограничивает место расположения лимитера в реакторе. Кроме того, конструкция лимитера содержит большое количество холодых элементов, интенсивно поглощающих тепловое излучение и, как следствие, снижающих температуру плазмы, а небольшая поверхность расплавленного лития

Техническая задача изобретения заключается в повышении устойчивости плазменного шнура.

Техническим результатом является уменьшение потерь от излучения и повышение чистоты газового состава плазмы.

Это достигается тем, что известный лимитер, содержащий емкость с входящим и выходящим трубопроводами для расплавленного лития заполненную литием, имеющую тепловой контакт с нагревателями, снабжен кольцом, зафиксированным вращающимися опорами, неподвижно закрепленными на корпусе токамака, внутренняя поверхность кольца покрыта пористым материалом, смачиваемым расплавленным литием, а нижняя часть кольца погружена в литий в емкости, через зубчатое зацепление кольцо вращается электродвигателем, при этом пористый материал на внутренней поверхности кольца, пропитанный расплавленным литием, образует литиевый отражатель.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого лимитер, а на фиг. 2 диаметральный разрез основного его элемента - литиевого отражателя.

Лимитер содержит емкость 1, заполненную литием 2 и имеющую тепловой контакт с оммическим или СВЧ-нагревателями 3, кольцо 4, зафиксированное вращающимися опорами 5, неподвижно закрепленными на корпусе токамака, внутренняя поверхность кольца 4 выстлана пористым материалом 6, смачиваемым расплавленным литием, а нижняя часть кольца 4 погружена в литий в емкости 1, через зубчатое зацепление 7 кольцо 4 приводится во вращение электродвигателем 8, емкость 1 имеет входящий и выходящий трубопроводы 9 и 10 для расплавленного лития, пористый материал 6 на внутренней поверхности кольца 4, пропитанный расплавленным литием, образует литиевый отражатель, возвращающий тепловое излучение плазме 11, находящейся в фокусе отражателя.

Лимитер с литиевым отражателем работает следующим образом.

Перед началом рабочего цикла реактора включаются нагреватели 3, осуществляющие разогрев лития 2 в емкости 1 до температуры его плавления. При полном расплавлении лития 2 в емкости 1 при помощи электродвигателя 8 кольцо 4 приводится во вращение и расплавленный литий в жидком состоянии всасывается из емкости 1 в пористый материал 6, которым выстлана внутренняя поверхность кольца 4. За счет того, что кольцо 4 вращается, достигается два положительных момента. Во-первых, все участки внутренней поверхности кольца 4 последовательно окунаются в расплавленный литий, а, во вторых, сформированная за счет вращения центробежная сила удерживает литий от стекания в емкость 1. Таким образом, внутренняя поверхность вращающегося кольца 4, насыщенная расплавленным литием, образует цилиндрический литиевый отражатель с фокусом в центре кольца. При формировании плазменного пучка 11 по центру кольца 4 тепловое излучение плазмы возвращается ей назад, что при использовании в камере токамака нескольких подобных лимитеров, позволяет улучшить условия существования плазмы и повысить ее температуру. Большая площадь литиевого отражателя, обеспечиваемая прежде всего вращением кольца 4, является положительным фактором для процесса поглощения примесей из плазмы.

После окончания рабочего цикла выключается электродвигатель 8 и литий по капиллярам пористого материала 6 стекает в емкость 1, откуда по выходящему трубопроводу 10 подается в систему очистки.

Лимитер за счет вращения кольца 4 обеспечивает формирование литиевого отражателя большой площади, что, во-первых, в силу цилиндрической формы отражателя, обеспечивает возврат значительной части теплового излучения его источнику. Это позволяет уменьшить потери от излучения, уменьшить скорость остывания плазмы, повысить стабильность плазменного шнура. И, во-вторых, большая площадь отражателя, окружающего плазменный шнур, создает лучшие, условия поглощения примесей, что также способствует повышению стабильности плазмы.

Использование изобретения обеспечивает повышение стабильности плазмы, уменьшение потерь от излучения и повышение чистоты газового состава плазмы.

Изобретение относится к оборудованию для оснащения термоядерных реакторов типа токамак. Лимитер содержит емкость 1, заполненную литием 2 и имеющую тепловой контакт с оммическим или СВЧ-нагревателями 3, кольцо 4, зафиксированное вращающимися опорами 5, неподвижно закрепленными на корпусе токамака, внутренняя поверхность кольца 4 выстлана пористым материалом 6, смачиваемым расплавленным литием, а нижняя часть кольца 4 погружена в литий в емкости 1, через зубчатое зацепление 7 кольцо 4 приводится во вращение электродвигателем 8, емкость 1 имеет входящий и выходящий трубопроводы 9 и 10 для расплавленного лития. Пористый материал 6 на внутренней поверхности кольца 4, пропитанный расплавленным литием, образует литиевый отражатель, возвращающий тепловое излучение плазме 11, находящейся в фокусе отражателя. Перед началом рабочего цикла реактора включаются нагреватели 3, осуществляющие разогрев лития 2 в емкости 1 до температуры его плавления. При полном расплавлении лития 2 в емкости 1 при помощи электродвигателя 8 кольцо 4 приводится во вращение и расплавленный литий в жидком состоянии всасывается из емкости 1 в пористый материал 6, которым покрыта внутренняя поверхность кольца 4. Техническим результатом является повышение устойчивости плазменного шнура при уменьшении потерь от излучения и повышении чистоты газового состава плазмы. 2 ил.

Лимитер, содержащий емкость с входящим и выходящим трубопроводами для расплавленного лития, заполненную литием и имеющую тепловой контакт с нагревателями, отличающийся тем, что снабжен зубчатым кольцом, зафиксированным вращающимися опорами, неподвижно закрепленными на корпусе токамака, внутренняя поверхность кольца покрыта пористым материалом, смачиваемым расплавленным литием, а нижняя часть кольца погружена в литий в емкости, через зубчатое зацепление кольцо обеспечивает вращение электродвигателем, при этом пористый материал на внутренней поверхности кольца, пропитанный расплавленным литием, образует литиевый отражатель.