Термоядерная установка Советский патент 1987 года по МПК G21B1/00 

Изобретение относится к области термоядерного синтеза и может быть использовано при разработке установок управляемого термоядерного син теза. Известна термоядерная установка стеллараторного типа с трехмерной осью, .содержащая вакуумную камеру, средства создания и поддержания в ней плазмы, а также магнитную систе му. Установка содержит восьмипериод ный винтовой соленоид, смонтированный ни вакуумной .камере, образованный шестью тороидальными секторами различной кривизны. Катушки соленои да закреплены на вакуумной камере. Недостатком такого решения является то, что в качестве элемента, определяющего взаимное расположение катушек соленоида, используется вакуумная камера, .которая из-за своей сложности пространственной конфигурации на позволяет выдерживать расчетную ориентацию витков соленоида. Это снижает технологичность изготов ления и сборки установки, усложняет юстировку катушек соленоида. Наиболее близкой к предлагаемой является термоядерная установка, со держащая вакуумную камеру, средство для создания плазмы и магнитную систему в виде винтового тороидального соленоида, совокупность разъем ных бандажей, обеспечивающих крепле ние магнитной системы к силовому ка касу, и средства для создания плазмы, . Недостатком известного решения является то, что данная магнитная конфигурация не обладает широм (перекрещенностью магнитных силовых ли ний), что ухудшает свойства устойчивости и удержания плазмы. Целью изобретения является улуч шение удержания плазмы (повьш1ение значения ьремени удержания энергии . Поставленная цель достигается те что в известную термоядерную установку, содержащую вакуумную камеру, средства создания плазмы и магнитную систему в виде тороидального винтового соленоида, дополнительно введена система чередующихся по нап равлению тока винтовых обмоток с числом периодовнамотки, превышающи число периодов тороида,аьного винтового соленоида. Винтовые обмотки размещены внутри обмоток продольного поля и состоят из проводников, расположенных по окружности вокруг оси винтового тороидального соленоида и независимо прикрепленных к разрезному кольцу, которое своим выступом фиксируется в пазе катушки винтового тороидального соленоида. Созданный с помощью винтовых полей шир существенно улучшает удерживающие свойства стелларатора, поскольку с широм связан очень сильный линейный по /з эффект самостабилизации пхгазмы, /5 - это отношение газокинетического давления плазмы к магнитному давлению. На фиг,1 изображена установка; на фиг,2 - винтовой тороидальный соленоид; на фиг,3 - разрез А-А на фиг,2, Установка содержит винтовоц тороидальный соленоид 1, закрепленньй на опорном элементе 2, силовые опоры 3, систему винтовых обмоток 4, вакуумную камеру 5 со средствами откачки и устройства 6 для нагрева плазмы. Винтовой Тороидальный соленоид состоит из разъемньПс одновинтовых катушек (фиг,2), Внутренняя к опорному элементу половинка бандажа 7 фиксирует внутреннюю часть проводйика & и прикрепляется к опорному элементу 2, Внешняя половинка бандажа 9 фиксирует соответственно внешний проводник 10 и т,д. Соединение внешнего и внутреннего проводников осуществляется болтами 11 с -опорной шайбой 12 и шпильками 13, Во внутренний паз проводников 8,10 вставлено разъемное кольцо 9 с пазами для проводников винтовых обмоток 4 и фиксируется двумя выступами от азимутального проворота относительно проводников 8,10, Винтовые проводники прижимаются составным кольцом 14 и защищенным кольцом 15, прикрепляемым к разъемному кольцу 16 винтами 17,Половинки бандажа 7,9, разъёмные, составные кольца 16,14 выполнены из дуралюминия и подвергнуты глубокому анодированию для создания на поверхности изолирующего слоя. На фиг,3 показано соединение витков ВИНТОВО.ГО соленоида и система противотока. Катушки соленоида соединяются между собой перемьтками 18,Перемычки, как и место присоединения их к проводникам 8 и 10, охватываются двумя шинами противотока

19 для пропускания тока, равного по величине, но противоположного по направлению току, текущему в перемычках. Шины-противотока, равно как выводы внутренней и внешней половино разъемного витка продольного поля, разделены изолирующими прокладками 20,21.

Сборка установки осуществляется следующим образом,

На силовом каркасе закрепляются внутренние половинки бандажей 7с плос кими основаниями и соответствукмцие половинки катушек винтового соленоида,В результате получается винтовой желоб, соответствующие продольные и поперечные пазы витка вставляется внутренняя половинка разъемного кольца 16, в скошенные пазы которого укладываются проводники винтовых обмоток 4, Затем эти проводники прикрываются составным кольцом 14 и защитным кольцом J5, которые прикрепляются к разъемному кольцу 16 винтами 17, Верхняя половинка разъемного кольца надевае ся на соответствующие винтовые проводники и прикрепляется к составному кольцу 14, Затем надевается внешняя половинка катушки проводника 10 продольного поля с бандажом 9 и прикрепляется к внутренней половинке бандажа 7 болтами 22,23, В последнюю очередь катушки соединяются между собой пepe ЯJIЧкaми и собирается система противотока.

Установка работает следующим образом..

После приготовления рабочей смери газов в вакуумной камере соленоид продольного поля подключается к источнику питания. К двум парам винтовьпс проводников, расположенньш Диаметрально, подключается конденсаторная батарея с энергозапасом, достаточным для ионизации газа и предварительного нагрева плазмы до 100 эВ посредством вихревого электрического поля, возникающего вдоль оси. Одновременно в соленоиде продольного поля повьшается магнитное поле до уровня удерживающего. В этот мо:мент включается система дополнительнего нагрева плазмы(ВЧ генераторы и инжекторы нейтральных частиц), Далее происходит удержание высокотемпературной плазмы,

В связи с тем, что установка имеет конфигурацию магнитного поля, благоприятную для удержания термоядерной плазмы без пропускания токов в самой плазме, и удерживающие поля, достаточные для применения бестоковых методов нагрева, она должна обеспечить стабильное удержание плазьйл высокого давления /} 0,2-0,3, Кроме того, возникающий при включении винтовых полей шир существенно улучшает удерживающие свойства установки, поскольку с широм связан очень сильный, линейнь1й по /5 эффект самостабилизации плазмы.В качестве конкретного варианта установки выбран шестипериодный винтовой тор, для которого оптимальной является трехзаходная дополнительная винтовая обмотка с числом периодов , при меньшем m уменьшается кручение и шир, а следовательно, и устойчивость плазмы. При -аспектовом отношении (отношении большого радиуса тора к малому), равном 3,33.,,, значение шира составляет ,l, величина вращательного преобразования на периоде /д. 4,15, расчетное значение /5 20-30,

Преимущество предлагаемого изобретения заключается в следующем. Применение дополнительных винтовых обмоток с периодом намотки, большим, чем период винтового тороидального соленоида продольного магнитного поля, позволяет создать магнитную конфигурацию с большим значением шира, что существенно улучшает удерживающие свойства магнитной ловушки.

Технико-экономические преимущества предлагаемого изобретения заключаются в следующем. Изобретение позволяет улучшить удерживаи щие свойст-. ва магнитной ловушки с трехмерной пространственной осью, повысить |, и, следовательно, увеличить выход термоядерной реакции.

/4

15

16

Фаг. У

ТЕРМОЯДЕРНАЯ УСТАНОВКА, содержащая вакуумную камеру, средство для создания плазмы и магнитную систему в виде винтового тороидального соленоида, отличающая- с я тем, что, с целью улучшения удержания плазмы, в магнитную систему дополнительно введена система чередующихся по направлению тока винтовых обмоток с числом периодов намотки, превьппающим число периодов винтового тороидального соленоида. (Л 6 О сл