Способ удаления гелия,изотопов водорода и газовых продуктов эррозии первой стенки из вакуумного объема токамака - реактора Советский патент 1987 года по МПК G21B1/00 

Изобретение относится, к области управляемого термоядерного синтеза, а именно к термоядерным реакторам типа токамак.

Цель изобретения - упрощение и повьпиения экономичности процесса удаления гелия и других продуктов из камеры токамака-реактора

На фиг. 1 показана камера реакто-1 ра, вертикальное сечение; на фиг..2 то же, горизонтальное сечение; на фиг.З - схема откачивающей диафрагмы на фиг.4 - скорости процессов ионизации водорода и гелия как функции температуры электронов.

Камера реактора содержит дивер- торные каналы , приемные дивертор- ные пластины 2, источники 3 мощности дополнительного нагрева, экрани- руюЕще плазменные шнуры 4, откачивающие диафрагмы 5.- Кроме того, показано направление 6 откачки (фиг.1) с дроссельными заслонками 7 откачки, нейтрализатор 8, жалюзи 9 (фиг.З),

Способ осуществляется следующим образом.

Потоки энергии ( 80 МВт) и заря- женных частиц (2 - D,T; 2 10 - Не) направляются по ди- верторным каналам 1 на приемные ди- верторные пластины 2 из тугоплавких или жидких металлов, где производится съем энергии и нейтрализация ионов. Нейтральные атомы D, Т, Не, отраженные от диверторньга: пластин 2 создают редкую (Р ) газовую оболочку вокруг диверторных каналов 1, Согласно известному способу этот газ откачивается двенадцатью вакуумными модулями с производительностью откачки 510 л/с каждый.

Для удаления этого г ass. согласно предлагаемому способу нужно с по МОЩЬЮ дополнительного нагрева (ВЧ, СВЧ, часть теплового потока ия диверторных; каналов образовать с областях экранирующие плазменные шнуры 4, способные ионизовать нейтральные атомы, летящие с пластинs и зах- ватить их в плазменную ловушку. Для последующего удаления их из вакуумного объема токамака каждый экранирующий плазменный шнур в двух сече

ниях (фиг.2) пересекается откачиваю gg отраженных от пластин атомов гелия щей диафрагмой 5 (фиг.З) ,, на выходе которой стоят обычные средства отнамного слабее, чем атомов водорода в то время как более горячие экранирующие плазменные шнуры поглощают все падающие атомы. В таких условия

качки, например турбомолекулярные насосы производительностью 210 л/с.

;15

5425.12

В начальный 1омент работы реактора происходит накопле ие нейтрального газа в областях вблизи диверторных пластин. Затеьг осуществляют под- Ь,

жиг плазмы в экранирующих шнурах 4

и ее накопление. Этот процесс управляется уровнем до:1олнительного нагрева и дроссельной заслонкой 7 откач10 ки.

Требования к плазме экранирующих шнуров определяются ее ионизационными свойствмаи ПС отношению к гелию. На фиг.4 по оси ординат отложены

15 значения скоростных коэффициентов ионизации е fj ион гелия и водорода в зависимости от электронной температуры Tg.

Для эффективного захвата атома плазменным шнуром необходимо, чтобы поперечный размер шнура а был сравним или превосход1-ш длину пробега атома в плазме до ионизации , Атомы отражаются от диверторных пластин со средними энергиями, близкими к 0,1 эВ, Тогда

О t; 0

0

7,

10

Не

4,5.

е VgG;,

Л

D

см, см.

iO,

ЗПд - VgG noM

Из хода крршой i Vj.6,Q| для гелия видно, что при выборе Tg не следует опускаться ниже 30 эВ. Увеличение Тр выше 40 эВ также нежелательно - растут тепловые потоки на диафрагмы.

Выбрав поперечный размер экрани- рзтощего шнура в случае работы реактора ИНТОР а 10 см Л не , а Tg 30 эВ, на1ходим п с; 3-10 см, при oTOM Aj, 5 см, Это означает, что внутренние области экранирующих плазменных шнуров должны быть относительно обогащены гелием. Путем сек- 5 хдионирования откачивающих диафрагм возможно его преи ушественное удаление .

Из фиг.4 следует, что отношение v j/ Aj., должно быстро расти по мере

снижения Т

При Т

5 эВ оно достигает 50. Это означает, что в режиме работы реактора ИНТОР с низкотемпературной плазмой в диверторных

каналах (Tg 5 f10 эВ) захват

ими

отраженных от пластин атомов гелия

намного слабее, чем атомов водорода, в то время как более горячие экранирующие плазменные шнуры поглощают все падающие атомы. В таких условиях

3

возможно дополнительное обогащени гелием удаляемых газов.

Функция откачивающей диафрагмы фиг.З состоит в том, чтобы принимать текущий вдоль магнитного поля плазменный поток, нейтрализовать и удерживать вблизи нейтрализатора 8 заданное давление газа, обеспечива тем самым его откачку обычными средствами.

В реакторе ИНТОР необходимо откачивать 210 ат/с.Если задаться суммарной скоростью откачки обоими патрубками 510 ,л/с, необходимое

давление составит 1,. Ег можно обеспечить, поместив перед нерализатором 8 жалюзи 9 в виде прямоугольных ячеек.

Расчет показьшает, что при выб- ранных параметрах плазмы на кромки жалюзи поступает тепловой поток окло 300±50 Вт/см . Потоки на плоскоти должны быть на порядок меньше. Съем таких потоков не составляет принципиальных трудностей.

Полная мощность .систем дополни- тельного нагрева должна составлять около 2 МВт. Из них 0,5 МВт - на ионизацию и компенсацию излучатель ньгх потерь захваченного газа, а 1,5 МВт - на компенсацию тепловых потерь вдоль магнитного поля на диафрагмы. Возможные способы - ВЧ- и СВЧ-нагрев.

1Риг.1

Мощность дополнительного нагрева может быть снижена,если удастся непосредственно транспортировать часть плазменной энергии из див ер- торных каналов в плазму экранир тощих шнуров. Эта возможность зависит от характера плазменных неустойчивостей на краю реальных каналов и от пространственного распределения тепловых потоков вблизи диверторных пластин.

Предлагаемый способ удаления гелия, изотопов водорода и газовых продуктов эрозии стенки позволяет сократить на порядок площадь откач- ных патрубков токамака-реактора и мощность соответствующей откачной аппаратуры.

Формула изобретения

ро

Способ удаления гелия, изотопов водорода и газовых продуктов эрозии

) первой стенки из вакуумного объема токамака-реактора, снабженного диJ вертором и/или диафрагмами, включающий вакуумную откачку, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью упроще30 ния и повьшгения экономичности способа, вводят дополнительно откач1шающие диафрагмы и формируют в магнитном поле токамака экранирующие плазменные шнуры, -пересекающие откачивающие

диафрагмы, и производят откачку.

-v

/

-4

iCDHP

Ч

/

cr;;;z; :ii.

:::::;™:::::э

с:::;;:: :;:

Изобретение относится к физике плазмы и исследованиям по управляемому термоядерному синтезу и может быть использовано для удаления газообразных из камеры токама- ка-реактора. Целью изобретения является повьшение эффективности удаления газообразных продуктов. Для этого в камере токамака с помощью средств дополнительного нагрева (ВЧ или СВЧ) зажигаются дуги, опирающиеся торцами на откачные диафрагмы. Нейтральный газ ионизуется, удерживается внутри дуг и откачивается на диафрагмах. Способ позволяет обог а- щать откачиваемьй газ гелием. 4 ил. i сл с: со ел ND СП

Заказ 5701/47 Тираж 395Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г,Ужгород, ул, Проектная, 4