Энергоприемник дивертора термоядерного реактора с магнитным удержанием Советский патент 1988 года по МПК G21B1/00 

Изобретение относится к электрофизическому аппаратостроению, в частности к диверторным устройствам термоядерного реактора (ТЯР) с магнитным удержанием. Проблема создания надежного энергоприемника дивертора состоит в обес.печении длительного ( - 10 лет) безаварийного съема больших мощностей, приносимых плазмой из разрядной камеры в диверторную, в условиях разрушанлцего конструкцию воздействия ионов плазмы и ограниченного пространства, пригодного для размещения энергоприемника. Известно, несколько вариантов устройства энергоприемника полоидального дивертора. В одних в качестве тепловоспринимающей поверхности (с охлаждением или без него) предлагается использовать сменную пленку жидкого металла (Li, например) или движущунх;я металлическую фольгу, в других эта поверхность является стационарной, выполнена из металлического листа или .набора труб и охлаждается. Указанные варианты имеют существенные недостатки. В случае сменной тепловоспринимающей поверхности конструктивно сложным и ненадежным является узел ввода в вакуум и приема жидкого металла или узел, обеспечивающий герметичность хладагента, охлаждающего фольгу. Кроме того, поведение жидкометаллической пленки в сильных магнитных полях мало изучено и не позволяет представить надежной конструкции энергоприемиика. В энергоприемнике второго типа стационарная тепловоспринимакнцая поверхность, обладая сравнительно малой площадью, испытывает высокие удельные тепловые и корпускулярные нагрузки и имеет неприемлемо малый срок службы. Для увеличения срока службы приемного устройства необходимо максимально увеличить приемную поверхность. Известен энергоприемник дивертора ТЯР с магнитным удержанием, выполненный в виде кольцевой платы, с устаг новленными на ней симметрично относительно оси реактора охлаждаемь1ми приемными пластинами. Приемник выполнен в виде сотовой структуры, стоявшей на пути плазмы, и представляет собой два независимых модуля, разделенных между собой геттерным насосом. Каждый из модулей воспринимает поток плазмы, падающей с одной стороны, Существенным недостатком описанного устройства является то, что пластины каждого модуля воспринимают нагрузку лишь одной, своей стороной, т.е. рабочая поверхность устройства вдвое меньше фактической. Другой недостаток устройства заключается в переносе распыленного материала пластин вглубь сот, в результате чего будут засоряться как каналы, ведущие к геттерному насосу, так и сорбирующие поверхности насоса. Эти недостатки снижают срок службы указанного энергоприемника. Целью изобретения является повьппение срока службы энергоприемника за счет эффективного увеличения рабочей поверхности приемника. Указанная цель достигается тем, что в зн€1ргоприемнике термоядерного реактора с магнитным удержанием, выполненном в виде кольцевой платы с установленными на ней симметрично относительно оси реактора охлаждаемыми приемными пластинами, пластины приемника выполнены плоскими, причем каждая пластина расположена на всей ширине платы под углом наклона о( относительно радиальной линии, пересекающей ее на половине ширины кольцевой платы, выбранном из условия: р arcsin(rsind) - arcsin х R R X (r«in) arcsin(rsln« o) R.|R-b . , r R ... 2 (Г - arcsin(rsin«), R + n где n - число пластин; R - средний радиус к(1пьцевой платы; h - ширина кольцевой платы; 4о угол между магнитной сиповой линией в зоне энергоприемника и радиальной линией, пересекающей ее на половине ширины кольцевой платы.. На фиг.1 изображен энергоприемник на фиг.2 - принцип работы энергоприемника. Энергоприемник представляет собой приемные пластины 1 с каналами охлаждения, установленными на кольцевой плате 2, разделяющей диверторную 3 и разрядную кймеры 4. Приемник работает следующим образом. Поток плазмы из плазменного шнура 5 выносится вдоль силовых линий магнитного поля 6 в диверторную камеру, где после нейтрализации на.приемных пластинах откачивается вакуумными насосами поверхностного действия 7, Поток части плазмы 8, движущихся вдоль магнитных силовых линий 9, приемными пластинами разбивается на зоны. Частицы, .пос тупившие в приемник из зоны 10, буд1г взаимодействовать с пластиной 11, а частицы, поступившие из зоны 12, упа дут на пластину 13. Аналогично буяет происходить взаимодействие в других зонах (каналах), Таким образом работают обе стороны каждой пластины. Угол ( наклона пластин и радиальной линии кольцевой платы зависит от соответствующего угла для силовых линий магнитного поля о1д и от числа пластин п и выбирается из условия непрозрачности приемника для пЬтока плазмы. Совместно с требованием отсутствия з атенения пластинами друг друга это условие можно математическ записать следующим образом (фиг.2) arcsin(rsiii«() - arcsinx arcsin(rsine o) rsiiu) - 2 . . , R , . . 2« - arcsin(rsin «o) - --, Предлагаемый знергоприемник имеет следующие преимущества перед известным. Так как у любой пластины приемника работают обе поверхности, его рабочая поверхность существенно выше, чем у известного энергоприемника. При этом, при тех же габаритных размерах значительно увеличивается тепловоспринимающая пове.рхность, что позволяет снизить знергонапряженность устройства и увеличить его срок службы. Дополнительный эффект, получаемый в предлагаемом устройстве, состоит в том, что поскольку в каналах, образованных любыми соседними, пластинами, существуют потоки )l во встречных направлениях, распыленные со стенок пластин атомы материала будут переноситься с одной пластины на другую и обратно. В результате повышается однородность утонения пластин при распьшении и увеличивается их срок службы. Геттерные насосы, по-видимому, целесообразнее располагать в стороне от энергоприемника с тем, чтобы обеспечить защиту сорбирунхцих поверхностей как от распыленного материала, так и от теплового излучения.. I Повышение срока службы знергоприемника уменьшает частоту его замены, что ведет к значительному сокращению дорогостоящих простоев реактора.

ЭНЕРГОПРИЕМНИК ДИВЕРТОРА ТЕРМОЯДЕРНОГО РЕАКТОРА С МАГНИТНЫМ УДЕРЖАНИЕМ, вьтолненный в виде кольцевой платы с установленными на ней симметрично .тносительно оси реактора охлаждаемыми приемными пластинами, отличающийся тем, что, с целью повьшения срока службы, пластины выполнены плоскими, причем каждая пластина расположена по всей ширине платы под углом наклона «С относительно радиальной линии, пересекающей ее на половине ширины кольцевой платы, выбранном из условия: RR arcsin(-sin«t) - arc8in( х «-5 X sini) arcsin(r8in io) R - 2 ... R ... 2 - arcisn(-sinoio) I R+z г где. n - число пластин R - средний (Л радиус кольцевой платы; h - ширина кольцевой платы; с/ - угол между магнитной силовой линией в зоне энергоприемника и радиальной линией, пересекающей ее на половине ширины кольцевой платы. со со 100

12

13

Фиг. 2