Антенное устройство для высокочастотного нагрева плазмы в термоядерном реакторе на основе токамака Советский патент 1988 года по МПК G21B1/00 

Изобретение относится к области техники, связанной с получением горячей плазмы для осуществления управляемого термоядерного синтеза, и предназначена для использования в замкнутых магнитных ловушках типа тока- мака, играющих роль демонстрационног реактора, т.е. имеющих достаточно большие размеры.

Цель изобретения - повьшение эффективности нагрева плазмы за счет снижения потока примесей с поверхности стенки токамака.

На чертеже схематически изображено антенное устройство, вид изнутри камеры токамака.

Устройство состоит из четырех одинаковых отрезков 1-4 полосковой линии, ориентированных в полоидаль- ном направлении (направление-Y). Ширина каждого отрезка 25 см, длина 180 см. Расстояние между любыми соседними отрезками в тороидальном направлении (ось Z) постоянно и равно 7 см.. Устройство размещено в нише первой стенки (не показано) так, что оно не выходит за пределы стенки. ПрйН1Щпиальными требованиями, необходимыми для повышения 3(})фективности нагрева плазмы за счет снижения потока примесей во время высокочастотного импульса, ябляются обеспечение такого режима работы устройства, при котором высокочастотные токи, про- текаюпре в соседних отрезках (в сечениях, отстоящих на одинаковом расстоянии от места подключения к высокочастотному генератору), равны по величине и сдвинуты по фазе на 180 , смещение каждого последующего отрезка относительно предьщутцего осуществлено в направлении цолоидальной ком поненты магнитного поля на расстояни

h al/qR,

где а - малый радиус токамака, на котором размещено антенное устройство;

q - запас устойчивости на радиусе а;

R - большой радиус токамака;

1 - расстоя1ше мелзду серединами

соседних отрезков полосковой линии.

Приведённая зависимость для h обу славливает то, что участки отрезков.

5

0

5

0

5

0

5

0

находяш -геся под одинаковым по абсолютной величине потенциалом, расположены вдоль одной магнитной силовой линии. Выполнение первого требования можно обеспечить, например, используя в качестве источника высо кочастотной мощности генератор с симметричным (двухтактньй) выводом мощности и подключая все четные отрезки полосковой линии к одному выходу, а нечетные - к другому. Возможны также другие пути обеспечения этого требования, реализуемые известными радиотехническими средствами.

Характеризуя второе требование, сделаем оценку величины взаимного смещения h двух соседних отрезков полосковой линии в полоидальном направлении. Считая, что величина запаса устойчивости q в Токамаке ИНТОР возле стенки по порЯдку величины близка к 2(R 5,3 м, радиус первой стенки 0,165 м) получим для взаимного смещения двух соседних отрезков полосковой линии величину h см, и, соответственно, для смещения между центрами крайних (т.е. первого и четвертого) отрезков 15 см. Реализация такого смещения не связана с принципиальными трудностями и осу- ществима при проектировании.

При работе антенного устройства каждый последуют й отрезок полосковой линии смещен относительно предыдущего в полоидальном направлении так, что любая магнитная силовая линия S, проходящая вблизи поверхности антенны, проходит участки отрезков полосковой линии, находящиеся в каждый момент времени под одинаковым по абсолютной величине потенциалом. Благодаря такому расположению отрезков положительный заряд, наведенный в периферийной плазме под каким-либо участком одного отрезка полосковой линии за время, значительно меньшее времени изменения потен щала, полностью компенсируется за счет смещения в сторону этого участка электронов со стороны областей отрицательного объемного заряда. Эти области формируются в рассматриваемый момент времени под участками соседних отрезков, находящимися под таким же по .абсолютной величине потенциалом, что и первый отрезок, и выставленными вдоль одной магнитной силовой линии.

Вследствие взаимной компенсации объемных зарядов не возникают пульсации поте.нциала периферийной пла.змы относительно первой стенки и потому не развиваются потоки частиц на эту стенку. Таким образом, подавляется один из главных механизмов, приводящих к повышенному вьиелению примесей при высокочастотном нагреве пЛаз- мы.

Формула изобретения

Антенное устройство для высокочастотного нагрева плазмы в термоядерном реакторе на основе токамака, содержащее четное число одинаковых отрезков полосковой линии, ориентированных в полоидальном направлении магнитного поля токамака, находящих, 0

5

0

ся на одинаковом расстоянии друг от друга в тороидальном направлении, расположенных в нише первой стенки и соединенных с высокочастотным генератором так, что каждые два соседних отрезка полосковой линии подключены в противофазе, отличающееся тем, что, с целью повьшения эффективности нагрева за счет снижения потока примесей с поверхности стенки токамака, каядый последующий отрезок полосковой линии смещен относительно предыдущего в направлении полоидальной компоненты магнитного поля на расстояние h al/qR, где а - мальй радиус токамака на котором размещено антенное устройство; q - запас устойчивости на радиусе а; R - большой радиус токамака; 1 - расстояние между серединами coceдшix отт резков полосковой линии.(/

L

Изобретение относится к технике, связанной с получением горячей плазмы для осуществления управляемого термоядерного синтеза, и предназначено для использования в замкнутых магнитных ловушках типа токамака, играющих роль демонстрационного реактора, т.е. имеющих большие размеры. Цель - повы шейке эффективности нагрева плазмы за счет снижения притока примесей с поверхности стенки токамака. Антенное устройство для высокочастотного нагрева плазмы содержит- четное число одинаковых отрезков полосковой линии, ориентированных в полоидальном направлении магнитного поля токамака, находящихся на одинаковом расстоянии друг от друга, расположенных в нише первой стенки и соединенных с высокочастотным генератором так, что каждых два соседних отрезка полосковой линии подключены в противофазе. При этом каждый последующий отрезок полосковой линии смещен относительно пре- дьщущего в направлении полоидальной компоненты магнитного поля на расстояние h al/qR, где а - малый радиус токамака, на котором размещено антенное устройство; q. - запас устойчивости на радиус а; R - большой радиус токамака; 1 - расстояние между серединами соседних отрезков полосковой линии. Благодаря такому расположению отрезков положительный заряд, наведенный в периферийной плазме под каким-либо участком одного отрезка полосковой линии за время, значительно меньшее времени изменения потен- циала, полностью компенсируется за счет смещения в сторону этого участка электронов со стороны областей отрицательного объемного заряда. Эти области формируются в рассматриваемый момент времени под участками соседних отрезков, находящимися под таким же по абсолютной величине потенциалом, что и первый отрезок, и вы- ставленньм вдоль одной магнитной сило вой- линии. Вследствие этого не возникают пульсации потенциала периферийной плазмы относительно первой стенки и потому не развиваются потоки частиц на эту стенку. 1 ил. 1О (Л С

U

7

У

Редактор В. Петраш

Составитель П. Захарченко

Техред Л, Сердюкова Корректор И.Муска

Заказ 5451/46

Тираж 395

. ВНИИПИ Государственного комитета- СССР

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

I

Подписное