Схема питания сверхпроводящей обмотки тороидального поля термоядерной установки токамак Советский патент 1985 года по МПК G21B1/00 

1 1 Изобретение относится к установкам, предназначенным для получения управляемой термоядерной реакции. Известна схема питания сверхпров дящей обмотки тороидального поля те моядерной установки токамака 1J, в которой источник постоянного тока подключен к цепи, образованной посл довательно-поочередным соединением секций сверхпроводящей обмотки и ра мыкателей, причем каждая из,секций сверхпроводящей обмотки шунтирована двумя последовательтю соединенными резисторами с одинаковым активным сопротивлением и общая точка этих р зисторов заземлена. Применение рези торов, шунтирующих секции обмотки, позволяет осуществить сравнительно быстрый вывод электромагнитной энер гии, накопленной в магнитной систем при аварийном переходе части сверхпроводника в нормальное состояние. Эффективность схемы вывода энергии характеризуется энергией, выделяющейся в обмотке в аварийном режи ме, при заданном максимальном напря жении на обмотке, Эта энергия пропо циональна интегралу . где i - ток секции сверхпроводящей о мотки. Чем меньше величина К, тем эффек тивнее схема вывода. Снижение тока происходит по эксп ненциальному закону, при котором ск рость вывода энергии резко уменьшае ся с уменьщением тока. Уменьшение скорости вывода энергии приводит к увеличению перегрева обмотки при аварийном выводе, возникновению дополнительных механических напряжений в обмотке и увеличению испарения жидкого гелия, что в конечном счете при прочих равных условиях снижает надежность работы установки При экспоненциальном спаде тока иь где Ig - ток секции сверхпроводящей обмотки в начальный . момент вывода; ( коэффициент самоиндукции секции сверхпроводящей обмотки; 2 R ц, - активное сопротивление двух резисторов, шунтирую82щих секцию сверхпроводящей обмотки. Целью изобретения является повышение надежности работы установки за счет снижения энергии, выделяющейся в сверхпроводнике при аварийном выводе. Поставленная цехЛ. достигается тем, что в схеме питания сверхпроводящей обмотки тороидального, поля термоядерной установки токамак по авт, свид, № 711889 каждый резистор выполкен из низкоуглеродистой стали и масса проводника резистора выбрана таКИМ образом, чтобы к концу выделения энергии активное сопротивление резистора увеличилось в 1,5-2 раза. При таком выполнении резистора энергия, выделенная в обмотке, оказыБается меньшей, чем вычисленная по выражению (1). Рассмотрим процессы, происходящие в схеме, при выводе энергии в резистор, активное сопротивление которого возрастает под влиянием выделенной в нем энергии. Дифференциальное уравнение, описыБающее контур вывода )-0, где К(1) - активное сопротивление двух резисторов, шунтирующих секцию сверхпроводящей обмотки R(;)R,(Ucc91 Ro nW (3) где R - активное сопротивление двух резисторов в начальный момент вывода; oi - температурный коэффициент сопротивления проводящего материала резистора; 9 - температура проводящего материала резистора; W- энергия, выделенная в проводящем материале резистора где m - масса проводящего материала резистора; С - удельная теплоемкость проводящего материала резистора Rd) „dw . ,..

Подставляя (5) в (2), получаем

nL;c}i--JR.

(6) Интегрируя (6), получаем

« )

(7)

Из (2) и (7) следует

,. LO; у;

Откуда Когда вся энергия, накопленная в обмотке, вы;;елится в резисторе, его сопротивление возрастает в К раз. Из (3) следует (Kt-QR W (10) После подстановки (10)в(9) и преобразований получаем ич , Максимальное напряжение на зажимах обмотки тЧт| ) Mtc/-i)

1153708

Uo IoR

.

имеет место при

(13)

о HUtM)

Из выражения (12) следует, что при

Например, при V 011

IMOKC С k Пр 35 ч-Ш, k. Ч.08 1-Нт И,4, х оwane четом (11) выражение 00°°II . Mj ° 2 у:,- оо и. 1,5 . -у-0.81, т.е. потери уменьшаются на 19% по сравнению с выражением (1) i 2 ,69j но с учетом возрастания напряжения потери уменьшаются на 25,48% по сравнению с выражением (1). В пределе, если обеспечивается спад тока при постоянном напряжении, может быть достигнуто уменьшение потерь на 33%, а следовательно, снижается зона распространения нормальной фазы проводника обмотки. Таким образом, примение нелинейного сопротивления позволяет снизить Потери в сверхпровднике и тем самым повысить надежность работы установки.

СХЕМА ПИТАНИЯ СВЕРХПРОВОДЯЩЕЙ ОБМОТКИ ТОРОИДАЛЬНОГО ПОЛЯ ТЕРМОЯДЕРНОЙ УСТАНОВКИ ТОКАМАК по авт. свид. № 711889, отличающаяс я тем, что, с целью повышения надежности работы установки, кажд,ый резистор выполнен из низкоуглеродистой стали и масса проводника резистора выбрана таким образом, чтобы к концу выделения энергии активное сопротивление резистора ,увеличилось в 1,5-2 раза.