Винтовая тороидальная магнитная система Советский патент 1985 года по МПК G21B1/00 

10 Изобретение относится к термоядер ной технике, а именно к конструкции магнитных систем тороидальных плазменных ловушек и может быть использо вано в термоядерных установках типа торсатрон. Известна магнитная система торсатрона, винтовая обмотка которого выполнена в виде набора одинаковых вза имозаменяемых полностью автономных модулей lj . По сравнению с системам с непрерывными винтовыми обмотками модульные представляются более перспективными с точки зрения обеспечения требуемой степени ремонтопригодности магнитной системы термоядерног реактора-торсатрона. Однако существенным недостатком магнитной системы из полностью автономных модулей является увеличение примерно на 30% по сравнению с системой с непрерывными винтовыми обмот ками, длины обмотки за счет наличия дополнительных участков обмотки токонесущих перемычек на торцах каждого модуля. Длина перемычек определяется из условия минимального искажения магнитного поля в рабочем объе ме магнитно системы и может составлять несколько малых радиусов о тора.зо При длине перемычки равной с( в систе ме, например трехзаходного торсатрон ( - количество винтовых обмоток) с (количество шагов каждой винтовой обмотки на длине тора), состоя щей из 12 модулей (количество модулей по условию их взаимозаменяемости должно быть равно или кратно числу периодов магнитного поля ) суммарная длина перемычек будет равна 72а, что при -2 10 (RO - большой радиус тора) составляет примерно 1/3 общей длины винтовых обмоток. Это приведет к соответствующему увеличению материалоемкости обмотки и энергозатрат на создание и поддержание заданной величины магнитного поля в рабочем объеме магнитной системы. Кроме того, некоторые из известных схем магнитной системы торсатрона, особенностью которых является отсутствие токов, противоположных по направлению осевой составляющей тока в винтовых обмотках, вообще невозможно осуществить в виде набора полностью автономных модулей. Указанные недостатки устраняются в том случае, если представить моду4ли в виде отрезков винтовой обмотки, соединяемых между собой каким-либо образом (пайка, механический прижимной злектроконтакт) по каждому витку обмотки, так что соединение представляет собой разъемную контактную группу, состоящую из Н разъемных электрических контактов, если N - число витков винтовой обмотки. Известна модульная винтовая магнитная система торсатрона, выбранная в качестве прототипа, содержащая по крайней мере две обмотки, состоящие из модулей, соединенных между собой, в которых модули имеют вид отрезков винтовых обмоток, заключенных между меридианными плоскостями тора Г2 . Под меридианной плоскостью тора понимается одна из бесконечного множества плоскостей, содержащих прямую ось тора (ось вращения). Контактные группы в этом случае располагаются на торцах модулей в меридианных плоскостях тора и их количество равно -«.- - , так как система имеетЕ 3, . В пересчете на 1 шаг число контактных группПо 6 - 9. По сравнению с системой с непрерывными винтовыми обмотками рассматриваемый вариант не приведет к увеличению длины обмоток, а следовательно, и материалоемкости магнитной . Однако в такой системе увеличатся энергозатраты на создание и поддержание заданной величины магнитного поля за счет наличия большого количества разъемных электроконтактов (N.n) , омическое сопротивление которых может в значительной мере превышать сопротивление материала обмотки. Для сверхпроводящего реактора-торсатрона (прототип) наличие 60 контактных групп, при числе контактов типа сверхпроводник - нормальный металл - нормальный металл - сверхпроводник 150 в каждой группе, приводит к дополнительному увеличению требуемой мощности рефрижератора (т.е. энергозатрат) на 45 МВт ( К). В связи с этим представляется актуальным уменьшение количества контактных групп. Кроме того, такая схема образования модулей сечением винтовых обмоток меридианными плоскостями не обеспечивает в достаточной степени ремонтопригодности магнитной системы с числом винтовых обмоток , так как в 4Ti;)M случае появляются отрезки винтовой обмотки, лежащие целиком на внутренней поверхности тора и для их ремонта придется извлекать из системы весь модуль (разъем всех 6-ти контакт ных групп), в то время как ремонт других отрезков в принципе не требует Извлечения модуля из магнитной системы. Целью изобретения является уменьшение энергозатрат. Поставленная цель достигается тем что в винтовой тороидальной магнитно системе, содержащей по крайней мере две обмотки, состоящие из модулей, модули выполнены в виде полушага винтовой обмотки и соединены между собой в медианной плос кости тора. Под медианной плоскостью тора понимается единственная плоскость, содержащая круговую ось тора (тороидал ную ось) . В этом случае модули располагаются по обе стороны медианной плоскоети тора, содержат один отрезок винто вой обмотки в виде ее полушага. Контактные группы находятся в медианной плоскости, число их равно удвоенному числу периодов магнитного поляО 2тЕ 40. В пересчете на 1 шаг число контактных групп 11(. На фиг. 1 схематически изображена 1/4 часть винтовой тороидальной магнитной системы по данному йзобрете2нию (,m 6-у) Система состоит из винтовых обмоток 1, разделенных на модули 2, выполненные в виде полушага винтовой обмотки, соединяемых меж ду собой при помощи контактных групп 3. Число модулей равно удвоенному числу периодов поля - 40 (20 верхних и 20 нижних), число контактных групп 40, все они лежат в медианной плоскости На фиг. 2 изображен пример конкретного выполнения сверхпроводящего модуля предлагаемой магнитной системы и контактной группы. Модули 2 (верхний и нижний совершенно одинаковые) состоят из вакуумного кожуха 4 в виде короба прямоугольного сечения, изогнутого по фор ме полушага винтовой обмотки, внутри которого располагаются на термоизалирующих опорах (на чертежах не пока заны) азотный экран 5, гелиевый криостат 6, сверхпроводящая обмотка. каждый виток 7 которой представляет собой отрезок пло.ской пластины (токо гесущей элемент - сверхпроводник, например NbTi, в стабилизирующей оболочке из, например, алюминия или меди, также изогнутой в виде полушага винтовой линии. Витки изолированы друг от друга и от корпуса криостата слоями 8 электроизолирующего материала и имеют в верхнем модуле на своих концах уступы,соответствующие выступам на концах витков нижнего модуля. При сборке магнитной системы сначала на нижней опорной конструкции располагаются соответствукмцим образом и закрепляются нижние модули 2. После этого возможна сборка и монтаж внутренних конструкций (если реакторторсатрон - зто 1-я стенка, бланкет, защита и т.п.), размещающихся в рабочем объеме магнитной системы. Затем возможна установка верхних модулей 2 и монтаж контактных групп 3. Для осуществления хорошего электроконтакта между токонесущими элементами (витками) 7 может быть предусмотрена механическая стяжка электроконтактов , например,при помощи струбцин 9. В случае необходимости для извлечения какого-либо модуля требуется осуществить разъем 2-х контактных групп и сместить верхний модуль вверх, нижний модуль,- вниз. Описанная конструкция винтовой тороидальной магнитной системы, как уже отмечалось, обеспечивает уменьшение числа контактных групп на 1/3 по сравнению с прототипом. Это уменьшает требуемую дополнительную MonyiocTb рефрижератора с 45 МВт до 30 МВт. Кроме того, предлагаемая модульЯая магнитная система обладает повьппенной технологичностью по сравнению с прототипом: модуль содержит один отрезок винтовой обмотки, что обеспечивает высокую степень взаимозаменяемости и более низкую стоимость для извлечения модуля из системы требуется разборка только двух конта№тных групп; все соединения лежат в доступной, легко фиксируемой плоскости, что значительно облегчает условия монтажа. демонтажа и эксплуатации, для изготовления модуля требуется оправка одного вида вместо двух в рототипе.

ВИНТОВАЯ ТОРОВДАЛЬНАЯ МАГНИТНАЯ СИСТЕМА,содержащая по крайней мере две обмотки, состоящие из модулей, соединенных между собой, отличающаяся тем, что, с целью снижения энергозатрат, модули вьтолнены в виде полушага винтовой обмотки и соединены в медианной плоскости тора. (Л о 00 4 СО 4 0tJS.f