Термоядерная установка Советский патент 1977 года по МПК H05H1/00 

Изобретение относится к электрофизической аппаратуре, в частности к. устройствам для получения высокотемпературной плазмы. Для получения высокотемпературной ппазма в настоящее время широко используют термоядерные установки типа токамак, содержащие прогреваемую разрядную камеру, размещенную внутри толстостенного кожуха, имеющего несколько экваториально-меридиональных герметизированных разрезов. Для предохранения герметизирующих прокладок от прякюготеплового излучения разрядной камеры их защищают местными экранами,; установленными по периметр экваторйально-меридиоиальных разрезо кожуха в виде металлических полосок, перекрывающих ра-зрезы/ . ; Одиако такая ко-нструкЦия . теплозащиты пригодна для эксплуатации только в термоядерных установках, где им ют место периодические кратковременные прогревы разрядной камеры с цель вакуумной высокотемпературной тренировки. При возрастании теплового потока на стенки кожуха водяным охлаждением не удается предотвратить выго рание прокладок. Известна термоядерная установка типа - окамак, содержащая размещенную в обмотках продольного магнитного поля высокотемпературную разрядную ка-меру, охватываемую охлаждаемым кожухом, герметизированньт по экваториально-меридиональном разрезам, и отделенную от него вакуумным промежутком, в котором размещены экраны, образующие локальную теплозащиту 2. Такое исполнение теплозащиты лишь частично предохраняет герметизирующие прокладки от теплового излучения разрядной камеры и не может быть использовано в термоядерных установках. Кроме того, учитывая, что наружный кожух безвозвратно поглощает излучаемыйразрядной камерой тепловой поток, торый постоянно отводится системой охлаждения, значительно возрастают Hf только мощности системы охлаждения, но и затраты электрюэнергни иа нагреу и поддержание высокой температуры рафрядноЛ камеры в процессе эксплуатациь термоядерной установки. Цель изобретения - уменьшение коэффициента теплопередачи теплозащиты и снижение энергетических затрат на прогрев камегмл. Для этого в предлагаемо установке теплозащита выполнена в виде многослойного тороида из последовательно расположенных отражающих сегменто образующих многослойные полоидальны секции, смещенные в вертикальной пло кости относительно одна другой и механически связанные между собой и разрядной камерой с сохранением двух степеней свободы, причем каждая секция электрически и термически изолированы одна от другой, а каждый сегмент выполнен с двусторонним покрытием из диэлектрического материала, повышающего его отражательные свойст ва/ например из термоцемента на основе APjO i На чертеже представлен тороидальный токамак без обмоток продольного магнитного поля. Высокотемпературная разрядная камера 1 располохсена внутри толстостен ного кохсуха 2, охлаждаемого водой, протекающей по каналам 3 охлаждения. На разрядной камере смонтирована теп ; лозащита, выполненная из отдельных тонкостенных экранов 4, повторяющих форму разрядной камеры. Кансдый экран представляет собой сектор с углом раскрытия не более 15° и изготовлен из жаропрочного сплава, например молибденового. Каждый сектор имеет зиг для придания ему жесткости, необходи мой при восприятии нагрузок, вызванных взаимодействием токов, индукциро ванных в нем плазменным током, -с внешним магнитным полем, и для компенсации температурных деформаций пр изменении его температуры, а на торцах - прорези для крепления к изоляторам 5. На каждый экран нанесено двустороннее покрытие из диэлектрического материала, обладающего высокими отражательными свойствами. В ка ,честве такого материала можно исполь зовать термоцемент на основе i который обладает хорошими электроизо ляционными свойствами и высокой жаро стойкостью. Изоляторы 5 установлены на разряд ной камере и служат,для крепления то цов экранов. Каждый сектор экрана взаимно перекрывается и образуется многослойный тороид. Количество слоев рассчитывают так, чтобы тепловой.поток на толстостенный кожух не превышал допустимой мощности системы индукйионного нагрева. Для исключения электрического замыкания между экранами тороид разрезан в вертикальной Плоскости на две многослойные полоидальные секции, причем каждая секция радиально смещена относительно одна другой и жестко скреплена изоля торами 6, которые опираются на толст стенный кожух. Такое смещение полоицальных секций позволяет образовать разомкнутые каналы для вакуумной откачки промежутка между разрядной камерой и толстостенным кожухом без ухудшения качества экранирования. Теплозащита работает следующим образом. При нагреве разрядной камеры тепловой поток с ее поверхности воспринимается первым слоем теплового тороидального экрана и за счет его высокой отражательной способности частично отражается на стенки разрядной камеры (что позволяет снизить энергозатраты на нагрев разрядной камеры) , частично поглощается экраном и нагревает его. Тепловой поток с первого экрана излучается на второй слой тороидального экрана и также частично отражается и частично поглощается им. При этом второй слой нагревается и начинает излучать тепловой поток на третий слой тороидального экрана, и так до тех пор, пока тепловой поток с последнего слоя не будет излучаться на толстостенный кожух, В результате отражения и поглощения экранами теплового излучения разрядной камеры на каждом слое устанавливается своя равновесная температура, причем тепловое излучение последнего слоя поглощается охлаждаемым водой толстостенным кожухом, температура которого позволяет обеспечить термостойкость герметизирующих прокладок и удобство обслуживания термоядерной установки в целом. Надежность работы экранов и исключение их электрического замыкания между собой обеспечиваются смещением экранов относительно один другого, созданием с помощью зигов необходимой жесткости и двусторонним покрытием экранов диэлектрическим материалом. Продольная температурная деформация экранов компенсируется зигами, а поперечная температурная деформация выбирается прорезями в местах крепления секторов с изоляторами 5, что позволяет экранам дышать в продольном и поперечном направлениях, т,е, обеспечиваются две степени свободы для перемещения экранов. Формула изобретения Термоядерная установка, содержаая размещенную в обмотках продольного магнитного поля высокотемпературную разрядную камеру, охватываемую охлаждаемым кожухом, герметизированным по экваториально-меридианальным азрезам, и отделенную от него вакумным промежутком, в котором размеены экраны, образующие теплозащиту, тличающаяся тем, что, с целью уменьшения коэффициента теплоередачи теплозащиты и снижения энергетических затрат на прогрев камеры, теплозащита выполнена в виде многослойного тороида из последовательно расположенньис отражательных сегментов образующих многослойназе полоидальные секции, смещенные в вертикальной плоскости относительно одна другой и механически связанные между собой и разрядной камерой с сохранением двух степеней свободы . причем каждая секция электрически и термически изолированы одна от другой, а каждый сегмент выполнен с двусторонним покрытием из диэлектрического материала, повышающего его отражательные сропства, например из термоцемента на основе AEjOji- .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1 . Краткое описание тepмoядepнtJX установок ИАЭ им. И.В.Курчатова Препринт ИАЭ-2314, М., ИАЭ, 1973.

2. Гашев М.А. и др. Основные технические характеристики экспериментальной термоядерной установки Токамак-3. Атомная энергия, т.17, вып.4,

-3, 1964, с. 287-294