Термоядерная установка Советский патент 1988 года по МПК G21B1/00 

Предлагаемое изобретение относитг ся к области термоядерного синтеза и может быть использовано при разработ ке установок управляемого термоядеркого синтеза. Известна термоядерная установка стеллараторного типа с трехмерной магнитной осью, содержащая вакуумную камеру, средства создАния и подцержа ния в ней плазмы, а также магнитную систему. Установка содержит восьмипериодный винтовой соленоид, смонти рованный на вакуумной камере. Недостатком такого решения является то, что в качестве элемента, оп ределяющего взаимное расположение ка тушек соленоида, используется вакуум ная камера, которая из-за своей слож ной пространственной конфигурации не позволяет выдержать расчетную ори ентацию витков соленоида. Кроме этого, ограниченная толщина вакуумной камеры не может обеспечить желаемую прочность электромагнитной системы. Вакуумная камера состоит из дискретных тороидальных секторов различной кривизны и поэтому катушки винтового соленоида на ней закреплены с раз личным смещением,. Это снижает технологичность изготовления и сборки установки, усложняет юстировку катзппек соленоида. Ближайшим техническим решением к предложенному являемся термоядерная установка, содержащая в качестве опорного элемента силовой каркас, магнитную систему, состоящую из катушек, образунмцих винтовой тороидаль ный соленоид, разъемные бандажи, обеспечивающие крепление магнитной системы к силовому каркасу, винтовую тороидальнзто вакуумнуй) камеру, раб-положенную внутри магнитной системы, и средства для создания плазмы в вакуумной камере. Силовой каркас установки выполнен в, виде винтовой тороидальной опоры (ВИНТОП) из сплош ной (монолитной) без внутренних дефектов заготовки. По всему тору фрезируются плоские установочные площадки, которые относительно друг дру га имеют угловые смещения в трех координатных направлениях. Ориентация площадок ВИНТОП должна быть выполнена с такой же степенью точности, которая требуется для стеллараторных магнитных систем. На этих площадках размещаются бандажи с катушками, образующие винтовой тороидальньй соленоид . Недостаток известного технического решения заключается в том, что силовой каркас установки в виде винтовой тороидальной опоры (ВИНТОП) очень труден в изготовлении. Главная сложность БИНТОП - это фрезерорка плоских посадочных площадок, которые ориентированы в пространстве по трем направлениям. Существующие в настоящее время фрезерные станки без сложных специальных приспособлений с не-v обходимой точностью изготовить такую деталь не могут. Для изготовления . ВИНТОП необходима специальная, очень большая заготозвка в виде тора без внутренних дефектов, получение которой является сложной технологической проблемой. Цель изобретения - упрощение конструкции установки. Поставленная цель достигается тем, что в термоядерной установке, содержащей в качестве опорного элемента силовой каркас, магнитную систему, состоящую из катушек, образующих винтовой тороидальный соленоид, разъемные бандажи, крепящие магнитную систему к силовому каркасу, винтовую тороидальную вакуумную камеру, расположенную внутри магнитной системы, и средства для создания плазмы в вакуумной камере, силовой каркас выполнен, в виде кольца прямоугольного сечения с проточками для крепления бандажей, ориентированными в радиальном направлении, при этом каждый бандаж выполней в виде двух полуколец и снабжен размещенным в другой плоскости опорным выступом с пазом, выполненным под углом к вертикальной оси байдажа, причем в направлении обхода силового каркаса в каждом бандаже угол между направлением паза в опорном выступе и вертикальной осью бандажа и угол между плоскостью полукольца бандажа и плоскостью опорного выступа монотонно изменяются. Таким образом, : предложенное техническое решение позволяет упростить изготовление силового каркаса: не используется монолитная и качественная заготовка в форме тора; вместо изготовления плоских площадок для установки бандажей с витками, одновременно ориентированных в трех координатных направлениях, на каркасе протачивается одна про31точка, сориентированная в одном направлении, а два других направления перенесены на бандажвитка. На фиг. 1 схематично показана сис тема ориентации витков магнитной ловушки с пространственной осью; на фит. 2 представлен общий вид термоядерной установки; на фиг. 3, 4 - си ловой каркас установки;на фиг. 5 магнитная ловушка; на фиг. 6,7,8 полукольцо бандажа магнитной ловушки в трех видах. , Вращением окружности радиусом в плоскости, нормальной к оси симметрии, по радиусу (, 2, 3,...) образована поверхность тор (фиг. 1), на которой расположена ось магнитной ловушки в виде винтовой линии с заданным числом периодов N. На оси в точках А находятся центры витков пространственного соленоида. Вертикальная плоскость через точку Ац симметрии относительно плос кости, выбранной как начальная (нуле вая), образует угол cf , который ори ентирует виток соленоида в радиальном направлении. Радиус малой окружности г в точке АИ образует с плос костью, в которой лежит круговая ось тора, угол QH , определяющий положение центра витка соленоида в вертикальном направлении. Таким образом, углы ср и 0ц, радиусы тора г и R ука зывают положение центра К-го витка, т.е. точки АИ на оси ловушки. Ориентацшо витка соленоида вдоль оси магнитной ловушки определяет угол сбц , образуемый плоскостью Qn и плоскостью Т, котЬрая перпендикулярна оси магнитной ловушки в точкеА. Эта точка АИ одновременно принадлежит плоскостям QV.TJC Их соответствую - - щие нормальные векторы Cj ис , становленные в точке А ц, тоже обра зуют уголки . Следует указать, что на первом полупериоде этот угол изменяется от О до|Г/2, а на втором от1Г/2 до 0. Таким образом, поворот плоскости К-го витка в точке А на угол ыц обеспечивает витку положение при котором его плоскость будет направлена вдоль оси магнитной ловушки Термоядерная установка (фиг. 2) содержит инжектор 1-нейтральных ча стиц, винтовой тороидальный соленоид 2, силовой каркас 3, блок 4 внутрен-;ней откачки. 7 Силовой каркас 3 установки (фиг. 3,4) выполнен в виде кольца прямоугольного сечения, круговая ось которого совпадает с осью торца (фиг. 1). На этом каркасе собирается магнитная ловушка. Проточки 5 на ней обеспечивают ориентацию бандажей с витками ловушки в радиальном направлении по углу If .. На фиг. 5 показана собранная магнитная ловушка. Бандаж, состоящий из двух полуколец 6 и 7 с витком 8 своим опорным выступом 9 помещается в соответствующей проточке 5 силового каркаса 3. Хомутик 10 и винты 11 фиксируют положение бандажа на каркасе. Последовательнь1й ряд установленных бандажей с витками образуют винтовой соле-г ноид магнитной ловушки, внутри которого размещаются изолирующие кольца 12 с винтовыми проводниками 13 и вакуумная камера 14. Одно из полуколец бандажа (фиг. 6-8) имеет опорный выступ 9 с пазом 15, направленный под углом Qи к вертикальной оси бандажа. Кроме этого, плоскость полукольца 6 повернута относительно плоскости опорного выступа 9 на угол«й (фиг. 1) Центр бандажа отстоит от центра, паза опорного выступа на расстоянии г. Сборка установки производится оледуищим образом. На силовом каркасе 3 закрепляются специальными хомутами 10 полукольца 6 бандажа с опорным выступом 9. В ре:зультате получается винтовой желоб, в который укладываются винтовые проводники 13 и вакуумная камера 14, состоящая из секций и принимающая винтовую форму за счет сильфонных вставок. Перед укладкой в желоб отдельной секции вакуумной камеры необходимо произвести ряд подготовительных операций в следуняцей.11оследовательности. На секции камеры прикреплены в процессе изготовления изоляционные кольца 12, фиксирующие положение камеры 14 внутри соленоида и положения винтовых проводников 13, придавая.им определённую ориентацию. На каждое изоляционное кольцо 12 на камере 14 надевается виток. Таким образом собранная секция укладывается в желоб и стыкуется со следующей, секцией камеры и так до полной сборки. Затем укладываются в изоляционное .кольцо 12 остальные винтовые проводники. В последнюк очередь присоединяются опорные полукольца бандажа. Винты 16 стягивают оба полукольца бандажа. Предлагаемая установка работает следующим образом. После приготовления рабочей смеси газов s вакуумной камере соленоид продольного поля под ключается к источнику питания. К дву винтовым проводникам, расположенным диаметрально, подключается конденсаторная батарея с энергозапасом, достаточным для ионизации газа и предварителйного нагрева плазмы до 100 эВ посредством вихревого электрического поля, возникающего вдоль оси. Одновременно в винтовом соленоиде повышается магнитное поле до v уровня удерживающего. В этот же момент включается система дополнительного нагрева плазмы: СВЧ-генераторы и инжекторы нейтральных частиц. Далее происходит удержание плазмы с термоядерными параметрами. В настоящее время создается термо ядерная установка с пространственной магнитной осью описанной конструкции Она имеет следующие параметры: большой радиус см, малый радиус 6 ,3. УголЦ, опредеJ - - ±гП Vrinrr ID nrmeire- CM, ляю1ций ориентацию витка в радиальном направлении, и угол Q , определяинций положение витка соленоида в вертикальном направлении, монотонно изменяются на периоде от О до 2Т. Угол ei , определяющий ориентацию витка вдоль оси магнитной ловушки, изменяется на периоде от 53° до . Число периодов магнитной ловушки . Для данной установки рассчитанное значение |5 (отношение газокинетического давления плазмы к давлению магнитного поля) составляет 22%, угол вращательного преобразования на одном периоде равен 0,.. Преимущество данного технического решени в сравнении с известным заключается в упрощении реализации: для изготовления силового каркаса используют простые кольца прямоугольного сечения; для изготовления ориентирующих площадок на силовом каркасе не нужен очень сложный (видимо, уникальный) с тремя степенями свободы фрезерный станок или специальные трехкоординатные тиски, достаточно иметь широко распространенный фрезерный станок. По сравнению с базовым объектом предложенное техническое решение обладает следующими преимуществами: более высокое значение в -22% (у базового объекта ,8%) и большое вращательное преобразование на периоде VL 0,93Т (в базовом объекте 0,65Т), что существенно улучшает, условия удержания горячей плазмы; более простая конструкция силового каркаса; большая точность изготовления магнитной системы.

фиг. 2

ТЕРМОЯДЕРНАЯ УСТАНОВКА, со держащая в качестве опорного элемен силовой каркас, магнитную систему, СОСТОЯ1ЧУЮ из катушек, образующих винтовой тороидальный соленоид, раз емные бандажи, крепящие магнитную систему к силовому каркасу, винтову тороидальную вакуумную камеру, расп ложенную внутри магнитной системы, Ьредства для создания плазмы в ваку Ik Т СО 4 fputJ умной камере, о т л и ч а ю щ а я с я, тем, что, с целью упрощения конструкции, силовой каркас выполнен в виде кольца прямоугольного сечения с про-; точками для крепления бандажей, ориентированными в радиальном направлении, при этом казвдый бандаж выполнен в виде двух полуколец и снабжен размещенным в другой плоскости опорным ; выступом с пазом, выполненшФ под угг лом к вертикальной оси бандажа, при-г чем в направлении обхода силового : каркаса в каждом бандаже угол между направлением паза в опорном выступе и вертикальной осью бандажа и угол ; между плоскостью полукольца бандажа и плоскостью опорного выступа монотонно изменяются.

6

АИ

(p(/.v