Устройство для инжекции таблеток твердого топлива в термоядерную установку Советский патент 1985 года по МПК G21B1/00 

1 Изобретение относится к плазменной технике, а точнее к устройствам .для ввода топлива в плазменные ловушки, и может быть использовано пр разработке и создании крупных термо ядерных.установок. Известно устройство lj для инже ции крупинок твердого топлива в .термоядерную установку, содержащее крио.стат с жидким топливом, реактив нов сопло, .ускоряющую трубку и выхо ной ствол. Скорость инжекции частиц твердого топлива в таком устройстве составляет около 10 см/с. . Однако для эффективного проникно вения твердых крупинок топлива в плазменный шнур .крупных токамаков и стеллараторов необходимы скорости инжекции порядка 10 см/с. При мень ших скоростях инжекции испарение и ионизация твердых частиц происходит на периферийных, холодных слоях плазмы, что приведет к уменьшению плотности центральной, наиболее нагретой, части плазмы за счет дифф зии частиц поперек плазменного шнура к стенке. Кроме того, для поддержания материального баланса плазмь термоядерной установки необходима либо инжекция крупинок, содержащих более 10% от общего числа частиц плазмы (т.е. крупинок большо го диаметра) , либо увеличение частоты их инжекции. Но ускорение частиц большого диаметра представляет собой трудную задачу вследствие недостаточной механической прочности твердого топлива с одной стороны, ас другой стороны инжекция крупных таблеток может привести к серьезным нарушениям устойчивости разряда. Следовательно, к инжектору крупинок твердого топлива предъявляются требования одновременного обеспечения многократности инжекции крупинок в секунду и сверхвысоких скоростей инжекции. Известно устройство для получения и ускорения дейтериевых таблеток, используемых в установках термоядерного синтеза, содержащее криостат, помещенную в корпус и сообщающуюся с криостатом металлическую обойму с отверстиями и ускоряющее устройство L2J, принятое за прототип. В таком устройстве удалось повысить скорость таблеток 92 дейтерия при входе их в плазменный объем до- 10 м/с.Однако частота инжекции крупинок твердого дейтерия в этом устройстве ограничена временем перемещения вращающейся обоймь от места старта таблетки к месту последующего заполнения обоймы твердым топливом. . . . . Целью изобретения является повы- шениеэффективности ввода тог|лива в термоядерную ус.тановку путем увеличения частоты инжекции твердых таблеток из устройства в термоядерную установку. . Поставленная цель дост ается тем, что устройство для инжекции таблеток твердого топлива в термо- . ядерную установку, содержащее криостат, помещенную в корпус и сообщающуюся с криоста-том и ускоряющим устройством металлическую обойму с отверстиями, снабжено криостатом, обойма выполнена в виде пакета пластин, имеющих возможность перемещения одна относительно другой. В .из пластин выполнено по три отверстия равного диаметра, образующих каналы. Пластины в -пакете могут иметь форму прямоугольника или кр.уга. . . ., На фиг.-1 изображено устройство, в котором пластины пакета выполнены в виде прямоугольника, на фиг. 2 - устройство, в котором пластины пакета выполнены в виде круга, на фиг. 3 - то же, вид сверху. Пакет пластин 1 расположен в металлическом корпусе 2. Криостаты 3 с находящимся в них твердым топливом 4 сообщаются с каналами 5 и 6. Снаружи на криостаты 3 и на корпус-2 напаяны теплообменники 7 в виде трубчатой спирали, по которой прокачивается жидкий гелий. В верхней части криостатов располагаются поршни 8 и 9, при помощи которых твердое топливо подается- в каналы 5- и 6. Пластины 1 и корпус 2 имеют по три равноудаленных друг от друга отверстия, расположенных на одной оси. В варианте предлагаемого устройства (фиг.2) отверстия одинаково удалены от оси вращения диска и расположены в вершинах равнобедренного треугольника. Отверстия образуют каналы 5 и 6 для ввода топлива и канал 10 длл ускорения движения 31

аблеток твердого топлива. С канаом 10 сообщается ускоряющее устойство 11, например электронная ушка.

Устройство работает ,ледующим об-, азом. ..

При подаче жидкого гелия в теплообменники 7 корпус 2 и криостаты 3 охл.аждаются, по достижении рабочей температуры (5 К) в криостатах 3 отверждается топливо 4, например ейтерий или тритий. При помощи поршня 8 твердое топливо эаполняет канал 5, канал 6 при этом остается свободным. Затем верхняя пластина пакета 1 перемещается вправо на . длину, равную расстоянию между канаами 5 и 10. При этом отверстие верхней пластины, заполненное тверым топливом, устанавливается в ускоряющем канале 10, а отверстие, ранее сообщающееся с каналом 10, совмещается с каналом 6. Включается ускоряющее устройство и таблетка твердого топлива выстреливается в плазменный объем термоядерной установки. Одновременно с включением ускоряющего устройства порщень 9 начинает выдавливать твердое топливо в канал 6. Затем последовательно, одна за другой, перемещаются вправо остальные пластины пакета и также : последовательно, выстреливаются в ка-, нале 10 переносимые пластинами таблетки, заполнявшие ранее канал 5. За .это время происходит заполнение твердым топливом канала 6, причем скорость этого заполнения выбирается такой, чтобы в момент, когда в канале 10 установится таблетка и-и

пластиныj в канале 6 заполнилась тоцливом (11-1)-я пластина. После выстреливания последней (ti-й) та.блетки заполняется топливом полностью канал 6, и у стройство возвращается . в исходное состояние, с той лишь разницей, что теперь все пластины перемещены вправо иканал 6 заполнен топливом, а канал 5 свободен. Затем устройство продолжает работать в обратном порядке и так далее. . Устройство, изображенное на фиг.2 работает аналогично. Устройство отличается тем, что обойма в нем набрана из круглых дисков 1, и подача топлива из каналов 5 и 6 в канал 10

2389.4

осуществляется за счет вращения каждого диска вправо и влево вокру своей оси на угол, равньй угловому расстоянию между каналами 5 и 10 5 или 6 и 10.

Оценим частоту инжекции таблеток .твердого толпива в предлагаемом устройстве. Время, затрачиваемое на работу одного цикла (инжекции 10 f1 таблеток) устройства, составит

. (in + ;

где п - число пластин (дисков),

t - время перемещения каждой f5 пластины (диска) на расстояние между каналами 5 и 10 . (или 6 и 10);

t в - время действия ускоряющего устройства;

tA - время заполнения топливом

20 -

отверстия одной пластины..

Последний член в правой части равенства обусловлен тем, что, как уже указывалось, скорость подачи

25 поршней 8 и 9 выбирается такой,

чтобы заполнение канала 6 (,5) запаз. дывало относительно времени действия одного цикла работы устройства на

величину ii,. Причем для нормальной

... работы устройства необходимо, чтобы 30 1 I

J tn s противном случае либо

часть топлива будет теряться ( h ) либо процесс заполнения каналов 5 или 6 будет отставать ( t J -t f, ), что приведет .к снижению эффективности работы устройства. По-видимому,ig « in и им можно пренебречь, тогда i ( + О, а частота инясекции

h

Ори , СО -Т-tnt n Г in

Применяя ,те же обозначения и масщтаб для прототипа, имеем

btjH«H,4i.Hn

. Следовательно, частота инжекции таблеток твердого топлива в предлагаемых устройствах возрастает в три раза по сравнению с прототипом (при tj 1), что приведет к повышению эффективности вв-ода топлива в термоядерную установку.

А-А

Фиг. г

Фиг.З

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНЖЕКЦИИ ТАБЛЕТОК ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В ТЕРМОЯДЕРНУЮ УСТАНОВКУ, содержащее криостат, помещенную в корпус и сообщаю. щуюся с криостатом и ускоряющим устройством металлическую обойму с отверстиями, отличающеес я тем, что, с целью повьшения эффективности ввода топлива в термоядерную установку путем повышения частоты инжекции таблеток, оно снаб.жено криостатом, обойма выполнена в виде пакета пластин, имеющих возможность перемещения одна относиI тельно другой, в каждой пластине выполнено по три отверстия равного СП диаметра, образующих каналы.