Инжектор топливных таблеток для термоядерных установок Советский патент 1988 года по МПК G21B1/00 

со

00

со

4;:

сд

Изобретение относится к устройствам, ис- |ПОльзуемым при исследованиях в области физики плазмы в связи с проблемой управляемого термоядерного синтеза, и может быть применено, в частности, для подпитки топливом установок типа токамак.

Цель изобретения - повышение надежности инжектора путем упрощения его конструкции за счет уменьшения числа движу- :Ш,ихся узлов.

I На чертеже показан инжектор топлив- |ных таблеток.

I Предлагаемый инжектор содержит уст- |ройство 1 для формирования таблеток, за- ;рядник 2 с топливными таблетками 3, выполненный с возможностью соединения со ютволом 4 на время выстрела, систему 5 пода- ;чи газа с катодом-нагревателем 6, выпол- :Ненную в виде им 1ульсного плазмотрона, |Систему 7 синхронизации, систему 8 диф- |ференциальной откачки, камеру 9 высокого давления, теплообменник 10, поршень II и :Контакты 12 цепи запуска плазмотрона.

При заполнении зарядника топливной таблеткой происходит заполнение камеры 9 системы подачи газа такими же топливными таблетками, которые не испаряются в камере, поскольку она имеет температуру зарядника 10К благодаря постоянному тепловому контакту с ним. А при выстреле ;в камере 9, выполненной в виде им- :пульсного плазмотрона, производится электродуговой разряд, который быстро испаряет :и нагревает водород (дейтерий), из которого состоит топливная таблетка. Получив- шийся горячий легкий газ ускоряет таблет- |ку, расположенную в заряднике. I Таким образом, в предлагаемой конст- |,рукции топливные таблетки представляют ;собой отвержденные легкие газы (водород, дейтерий), которые при нагреве до 1000- 5000 К могут быть использованы в легкогазовых пушках для ускорения таблеток до 3-5 км/с и более. Кроме токо, камера системы подачи газа имеет возможность ;перемешаться вместе с зарядником как единое целое, так как это позволяет подд,ер- живать высокую частоту инжекции таблеток в токамак.

Инжектор работает следуюшим образом.

Пары жидкого гелия, протекая Через теплообменник 10, охлаждают блок 1 формирования, зарядник 2 и камеру 9. В объем под поршнем 11 блока формирования таблеток напускают газообразный водород (дейтерий), .который там сначала конденсируется в жидкость, а затем затвердевает. Поршень выдавливает цилиндрический стержень твердого водорода длиной, равной нескольким диаметрам канала ствола и отверстия зарядника (2-5 калибров). Этот стержень заполняет зарядник и попадает в камеру 9 системы подачи газа, имеющую температуру зарядника 2 И)К и выполненную в виде импульсного плазмотрона. По

команде с блока 7 синхронизации диск за- , рядника 2 поворачивается и отрезает тем самым таблетку от остального стержня, остающегося в камере 9 и в блоке форми5 ровании под поршнем 11. Зарядник перемещает таблетку и камеру плазмотрона к началу ствола 4, устанавливая таблетку точно напротив канала ствола. При этом катод 6 плазмотрона, имеющий температуру 10К, замыкает контакты 12 цепи запуска плазмотрона, имеющие комнатную температуру, что приводит че.ре; 2 мкс к повышению температуры катода 6, а также твердого водорода (дейтерия), находящегося в камере 9.

5 Давление насыщенного пара над твердым водородом повыщается и достигает нескольких (0,1 -10) миллиметров ртутного столба. По команде с блока 7 синхронизации в камере 9 плазмотрона производится электродуговой разряд. Происходит про0 бой газового промежутка и дуга разогревает водород (дейтерий). По мере нагрева водорода происходит все большее его испарение, плотность газа возрастает, что способствует лучшему нагреву газа. Нагре5 тый за время около 100 мкс газ ускоряет таблетку, расположенную в заряднике (и поэтому не подвергающейся испарению дугой разряда), в стволе 4.

После вылета таблетки из ствола, газ откачивается системой 8 дифференциальной

0 откачки 8, зарядник поворачивается и отсоединяется от ствола. Продолжая поворачиваться, зарядник 2 вновь соединяется со стволом, размещая новую таблетку в камеру плазмотрона напротив канала ствола. Формирование новой таблетки путем выдав5 ливания готового стержня в зарядник и камеру производится в период выстрела, что способствует повышению частоты инжекции таблеток, так как происходит чередование камер и отверстий зарядника, непосредственно участвующих в выстреле, с камерами, охлаждаемыми после выстрела в период «холостого хода к блоку формирования. Импульсный характер разряда в газе и контакта зарядника со стволом приводит к тому, что таблетка в заряднике не успевает ис5 париться, стенки камеры нагреваются незначительно (общий теплоприток к камере и заряднику со стороны газа и ствола з.а один цикл инжекции составляет 2,5-10 Вт) и к моменту следующего заполнения топливом только что выстрелившей камеры (че0 рез 30-100 мкс) теплообмен с жидким гелием обеспечивает охлаждение камеры и зарядника до 10К. Длительность выстрела и откачки газа из ствола составляет. 30- 100 с, а частота стрельбы таблетками 1 - 10 Гц, поэтому нагрев зарядника газом не

успевает распространиться к месту расположения следующей таблетки в заряднике. Предлагаемый инжектор отличается от известного простотой своей конструкции:

вместо пяти движущихся узлов имеется только два (зарядник 2 и поршень 11). Кроме того, ликвидирован клапан импульсной подачи газа в ствол, так как испарение твердой топливной таблетки в камере плаз- мотрона и нагрев газа происходит за время 50-100 МКС, что меньше времени открытия клапанов, используемых для подачи газа, имеюш,его высокие температуру и давление. Все это позволяет повысить надежность инжектора. При этом, изменяя параметры разрядной цепи плазмотрона, можно управлять степенью испарения топливной таблетки и обеспечить плавное ускорение таблетки в стволе без начальных пиков высокого давления, присущих ускорению таблеток в других конструкциях инжекторов.

Повышение надежности и упрощение конструкции инжектора позволит обеспечить непрерывную подпитку топливом опытного тер

0

5

моядерного реактора, а также реакторов- токамаков масщтабов ИНТОР

Формула изобретения

Инжектор топливных таблеток для термоядерных установок, содержащий устройство для формирования таблеток, гелиевый теплообменник, теплоизолированный от остальных частей инжектора ствол, зарядник, выполненный с возможностью соединения со стволом на время инжекции, систему подачи газа с нагревателем, систему синхронизации, систему дифференциальной откачки, отли- чающийся тем, что, с целью повышения надежности инжектора путем упрощения его конструкции за счет уменьшения числа движущихся узлов, система подачи газа выполнена с постоянным тепловым контактом с зарядникам и с возможностью перемещения вместе с зарядником в плоскости, перпендикулярной оси ствола.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для введения топлива в термоядерные реакторы-токамаки, в том числе в токамаки типа ОТР и ИНТОР. Целью изобретения является увеличение надежности инжектора путем упрощения его конструкции за счет уменьшения числа движущихся узлов. Систему подачи толкающего газа выполняют с возможностью перемещения вместе с зарядником в плоскости, перпендикулярной оси ствола. При этом обеспечивается постоянный тепловой контакт системы подачи газа с зарядником. При заполнении зарядника топливной таблеткой происходит заполнение камеры системы подачи газа такими же топливными таблетками, которые не испаряются в камере, поскольку она имеет температуру зарядника ЮК благодаря постоянному тепловому контакту с ним. А при выстреле в камере, выполненной в виде импульсного плазмотрона, производится электродуговой разряд, который быстро испаряет и нагревает водород, из которого состоит топливная таблетка. Получивщийся легкий газ ускоряет таблетку, расположенную в заряднике. 1 ил. S (Л