Устройство для удержания термоядерной плазмы Советский патент 1989 года по МПК G21B1/00 

Изобретение относится к термоядерной энергетической технологии, в частности к термоядерным устройствам с магнитным удержанием, и может быть использовано при создании энергетического термоядерного реактора.

Цель изобретения - упрощение и повьппение надежности.

На фиг. 1 изображено устройство для удержания термоядерной плазмы, вид сверху; на фиг, 2 - то же, поперечное сечение; на фиг. 3 - эпюра продольного магнитного поля в устройстве для удержания термоядерной плазмы.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 прямолинейные цилиндричес- :

кие элементы, первый 3 и второй 4 криволинейные равновесные элементы, первый 5 и второй 6 переходные конические элементы, первый 7 и второй

8тороидальные диверторы, средства

9создания плазмы (пеллет-инжектор), катушки 10 соленоида продольного поля, блок 11 нагрева плазмы (СВЧ- излучатель), блок 12 нагрева плазмы (ВЧ-антенна) , блок 13 нагрева гщаз- мы (инжектор быстрьос атомов дейтерия), средства 14 утилизации термоядерной энергии (бланкет). На фигурах также показаны продольная ось

15 симметрии устройства, магнитная ось 16 устройства, крайние магнитные силовые линии 17.

СП

О 00

to

СХ)

сх

Устройство работает следующим образом.

При оптимальных значениях величины магнитных полей в первом 1 и втором

2прямолинейных цилиндрических элементах, представляющих соответственно реакторное плечо (Р-плечо) и технологическое плечо (Т-плечо), в криволинейных равновесных элементах

3и 4, а также при задании необходимого давления рабочего газа и наложения мощного импульса ВЧ- или СВЧ- излучения, в средней части второго прямолинейного цилиндрического элемента 2 (Т-плеча) создается бестоковая плазма со следующими параметрами. Средняя плотность Ы (3-8) плазмы, температура Т

(2-8)х электронов, температура- Т;(155-2)-10 эВ ионов. Последующий нагрев плазмы до температуры ионов 0 кэВ реализуется либо введением дополнительной ВЧ-мощности в альфвеновеколи, нижнегибридном или ионноциклотронном диапазонах, либо мощной инжекцией пучков быстрых атомов- дейтерия. Горячая, очищенная от примесей в первом 7 и втором 8 тороидальных диверторах, плазма постоянно растекается в обе стороны из второго прямолинейного цилиндрического элемента 2 (Т-плеча) и, проходя вдоль силовых линий, занимает объем первого прямолинейного цилиндрического элемента (Р-гслеча), накапливаяс в нем как в основной ловушке.

Электромагнитная система технологического плеча, размещаемого на втором прямолинейном цилиндрическом элементе 2, составлена с таким подбором катущек с заданными значениями чисел витков в них, что в этом плече устанавливается длинная магнитная пробка в виде монотонно спадающей на пряже нности магнитного поля от его середины вплоть до переходных конических элементов 5 и 6 реакторного плеча.

Возможность независимого равновесного существования плазмы в двух плечах и двух криволинейных равновесных элементах позволяет функционально разделить элементы устройства, в котором одно плечо (Р-плечо), размещенное в первом прямолинейном цилиндрическом элементе 1, выполняет реактор но-энергетические функции, а другое плечо (Т-плечо) выполняет те хнологи

0

5

0

5

0

5

0

5

ческие функции, являясь генератором и поставщиком горячей, очищенной от примесей плазмы. То обстоятельство, что устройство по своей физической сущности не имеет ограничений на длину прямолинейных участков, позволяет в случае неравноплечей системы выбирать оптимальные величины длин и диаметров Р- и Т-плеч при выполнении основного критерия, состоящего в том, что эффективное время удержания gcftf ДЛЯ системы в целом должно быть достаточно больщим. Это условие для неравноплечей системы с основным Р-плечом достигается, когда объем плазмы Р-плеча существенно больше суммарного объема Т-плечй и криволинейных равновесных элементов, что приводит к соотношению для диаметров d, первого цилиндрического прямолинейного элемента и dj второго цилиндрического прямолинейного элемента: I,. Высокие значения параметра ,5, представляющего отношение газокинетического давления плазмы к давлению магнитного поля, иеобходимое для достижения высокой энергетической эффективности реактора, приводит к соотношению для магнитных полей в первом и втором прямолинейных цилиндрических элементах

2В, В°,

где В, - напряженность магнитного поля в первом цилиндрическом прямолинейном элементе, а В - напряженность магнитного поля в середине второго прямолинейного ципйндрического элемента.

Относительно низкие значения параметра (Ь , возниканяцие в криволинейных равновесных элементах, позволяют выполнять эти элементы круглого сечения и значительно упростить их конструкцию.

Формула изобретения

1, Устройство для удержания термоядерной плазмы, содержащее размещенные внутри аксиально-симметричных катушек соленоида продольного магнитного поля первый и второй прямолинейные цилиндрические элементы, соответствующие торцы которых через соответственно первый и второй, третий и четвертый переходные конические элементы, а также первый и второй криво- линейные равновесные элементы соеди- :

нены между собой, средства создания, нагрева и очистки плазмы от примесей, утилизации термоядерной энергии, о т- личающееся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, диаметр d первого прямолинейного цилиндрического элемента выбран превосходящим диаметр d второго прямолинейного цилиндрического элемента, так что выполняется соотношение I, катушки соленоида продольного магнитного поля, размещенные на первом прямолинейном цилиндрическом элементе, выполнены создающими однородное магнитное поле с напряженностью , катушки соленоида продольного магнитного поля, размещенные на втором прямолинейном цилиндрическом элементе, выполнены таким образом, что создаваемое ими магнитное поле уменьшается от середины второго прямолинейного ципиндрического элемента к его торцам, а создаваемые катушками соленоида магнитные поля с напряженностью Ъ в первом прямолинейном цилиндрии, соответственно, напряженностью В в середине вточеском элементе :с

рого прямолинейного цилиндрического элемента, удовлетворяют условию 2В 4В, при этом средства утилизации термоядерной энергии размещены на первом прямолинейном цилиндрическом элементе, а средства создания

Q и нагрева плазмы размещены на втором прямолинейном цилиндрическом элементе

2, Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве средств очистки плазмы от примесей

5 используются первый и второй тороидальные диверторы, размещенные на концевых участках первого прямолинейного цилиндрического элемента.

0 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве средств очистки плазмы от примесей используются первый и второй тороидальные диверторы, размещенные на

5 концевых участках второго прямолинейного цилиндрического элемента.

Изобретение относится к области термоядерной энергетической технологии, в частности к термоядерным устройствам с магнитным удержанием, и может быть использовано при создании энергетического термоядерного реактора. Цель изобретения - упрощение и повышение надежности устройства. Устройство содержит прямолинейные цилиндрические элементы 1 и 2, диаметр D₁ элемента 1 превосходит диаметр D₂ элемента 2 так, что выполняется условие 1,5D₂≤D₁. Магнитные поля, создаваемые катушками 10 соленоида, размещенными на первом и втором прямолинейных цилиндрических элементах, имеют напряженности, соответственно, В₁ и В₂°, удовлетворяющие условию 2В₁≤В₂°. Средства утилизации термоядерной энергии размещены на первом прямолинейном цилиндрическом элементе, а средства создания и нагрева плазмы размещены на втором прямолинейном цилиндрическом элементе. В качестве средств очистки плазмы от примесей используются первый и второй тороидальные диверторы 7 и 8, размещенные на концевых участках первого или второго прямолинейного цилиндрического элемента.

AVMfflMV

Фиг. г

11