Винтовая тороидальная магнитная система

 

ВИНТОВАЯ ТОРОВДАЛЬНАЯ МАГНИТНАЯ СИСТЕМА,содержащая по крайней мере две обмотки, состоящие из модулей, соединенных между собой, отличающаяся тем, что, с целью снижения энергозатрат, модули вьтолнены в виде полушага винтовой обмотки и соединены в медианной плоскости тора. (Л о 00 4 СО 4 0tJS.f

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„»SU» 1 9434 А

4(5!) С 21 В 1/ОО

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA.(21) 3471308/18-25 (22) 16.07.82 (46) 15.04.85. Бюл. М- 14 (72) В.Г.Котенко, В.И.Курносов,.

Г.Г.Лесняков, F..È.Ñêèáåíêo и В.Б.Юферов (53) 621.039(088.8) (56) 1. Рабинович M.Ñ. Экспериментальные исследования стеллараторов.

Итоги науки и техники. Сер. Физика плазмы, т.2, 1981, с.70.

2. Lidsky 7..N. et.al. "А self consistent Torsatron Reactor Point Des in@ MIIPI-C/ZR-81-1, 1981, препринт

Массачусетского технологического ин. ститута (прототип) . (54) (57) BHHTOBAH TOPO3QAJIbHAH МАГНИТНАЯ СИСТЕМА, содержащая по крайней мере две обмотки, состоящие из модулей, соединенных между собой, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что, с целью снижения энергозатрат, модулй выполнены в виде полушага винтовой обмотки и соединены в медианной плоскости тора.

1 10984

Изобретение относится к термоядерной технике, а именно к конструкции магнитных систем тороидальных плазменных ловушек и может быть использовано в термоядерных установках типа торсатрон.

Известна магнитная сис:ема торсатрона, винтовая обмотка которого выполнена в виде набора одинаковых взаимозаменяемых полностью автономных модулей (1) . По сравнению с системами с непрерывными винтовыми обмотками модульные представляются более перспективными с точки зрения обеспечения требуемой степени ремонтопригод- 15 ности магнитной системы термоядерного реактора-торсатрона.

Однако существенным недостатком магнитной системы из полностью автономных модулей является увеличение 20 примерно на 30Ж по сравнению с системой с непрерывными винтовыми обмотками, длины обмотки за счет наличия дополнительных участков обмотки токонесущих перемычек на торцах каж- 2 дого модуля. Длина перемычек определяется из условия минимального искажения магнитного поля в рабочем объеме магнитной системы и может составлять несколько малых радиусов а тора.зп

При длине перемычки равной с1 в системе, например трехзаходного торсатрона (Г =3 — количество винтовых обмоток) с m =4 (количество шагов каждой винтовой обмотки на длине тора), состоя35 щей из 12 модулей (количество модулей по условию их взаимозаменяемости должно быть равно или кратно числу периодов магнитного поля m 8) суммарная длина перемычек будет равна 72а, 4 что при — =10 (R<> — большой радиус о

-Я тора) составляет примерно 1/3 общей длины винтовых обмоток. Это приведет к соответствующему увеличению материалоемкости обмотки и энергозатрат на создание и поддержание заданной величины магнитного поля в рабочем объеме магнитной системы.

Кроме того, некоторые из известных схем магнитной системы торсатро- 0 на, особенностью которых является отсутствие токов, противоположных по направлению осевой составляющей тока в винтовых обмотках, вообще невозможно осуществить в виде набора 55 полностью автономных модулей.

Указанные недостатки устраняются в том случае, если представить моду34 ли в виде отрезков винтовой с бмотки, соединяемых между собой каким-либо образом (пайка, механический прижимной электроконтакт) по каждому витку обмотки, так что соединение представляет собой разъемную контактную группу, состоящую из 8 разъемных э ектрических контактов, если П вЂ” число витков винтовой обмотки.

Известна модульная винтовая магнитная система торсатрона, выбранная в качестве прототипа, содержащая по крайней мере две обмотки, состоящие из модулей, соединенных между собой, в которых модули имеют вид отрезков винтовых обмоток, заключенны: между меридианными плоскостями тора >-Г") .

Под меридианной плоскостью тора лов нимается одна из бесконечного множества плоскостей, содержащих прямую ось тора (ось вращения). Контактные группы в этом случае располагаются на торцах модулей в меридианных плоскостях тора и их количество равно в = вР =60, так как система имеет Р =3, =6 — . В пересчете на 1 шаг число контактных группп =Г = 9.

По сравнеHHio с системой с непрерывными винтовыми обмотками рассматриваемый вариант не приведет к увеличению длины обмоток, а следовательно, и материалоемкости магнитной системы. Однако в такой системе увеличатся энергозатраты на создание и поддержание заданной величины магнитного поля за счет наличия большого количества разъемных электроконтактов (11 n), омическое сопротивление которых может в значительной мере превышать сопротивление материала обмотки. Для сверхпроводящего реактора-торсатрона (прототип) наличие 60 контактных групп, при числе контактов типа сверхпроводник нормальный металл - нормальный металл - сверхпроводник 150 в каждой группе, приводит к дополнительному увеличению требуемой мощности рефрижератора (т.е. энергозатрат) на 45 ИВт (Т=300 К).

В связи с этим представляется актуальным уменьшение количества контактных групп.

Кроме того, такая схема образования модулей сечением винтовых обмоток меридианными плоскостями не обеспечивает в достаточной степени ремонтопригодности магнитной системы с числом винтовых обмоток 0 2, так как в

109843л г;>и случае появляются отрезки винтовой обмотки, лежащие целиком на внут" рс-.пней поверхности тора и для их ремонта придется извлекать из системы весь модуль (разъем всех 6-ти контакт. 5 ных групп). в то время как ремонт других отрезков в принципе не требует извлечения модуля из магнитной системы.

Целью изобретения является умень- 10 шение энергозатрат.

Поставленная цель достигается тем, что в винтовой тороидальной магнитной системе, содержащей по крайней мере две обмотки, состоящие из модулей, модули выполнены в виде полушага винтовой обмотки и соединены между собой в медианной плосf5 тора.

На фиг. 2 изображен пример конкретного выполнения сверхпроводящего модуля предлагаемой магнитной системы и контактной группы.

Иодули 2 (верхний и нижний совер- 50 щенко одинаковые) состоят из вакуумного кожуха 4 в виде короба прямоугольного сечения, изогнутого по форме полушага винтовой обмотки, внутри которого располагаются на термоизолирующих опорах (на чертежах не показаны) азотный экран 5, гелиевый ! криостат 6, сверхпроводящая обмотка, кости тора.

Под медианной плоскостью тора по- 20 нимается единственная плоскость, содержащая круговую ось тора (тороидальную ось).

В этом случае модули располагаются по обе стороны медианной плоскости тора, содержат один отрезок винто— вой обмотки в виде ее полушага. Контактные группы находятся в медианной плоскости, число их равно удвоенному числу периодов магнитного поля f1 =2mB= 11

=40. В пересчете на 1 шаг число контактных групп П, =20=6.

На фиг. 1 схематически изображена

1/4 часть винтовой тороидальной магнитной системы по данному изобрете2 35 нию (E=3, m =6 †). Система состоит из винтовых обмоток 1, разделенных на модули 2, выполненные в виде полушага винтовой обмотки, соединяемых между собой при помощи контактных групп 3.

Число модулей равно удвоенному числу периодов поля — 40 (20 верхних и 20 нижних), число контактных групп 40, все они лежат в медианной плоскости каждый виток 7 которой представляет собой отрезок плоской пластины (токонесущей элемент — сверхпроводник, например NbTi, в стабилизирующей оболочке из, например, алюминия или меди, также изогнутой в виде полушага винтовой линии. Витки изолированы друг от друга и от корпуса криос тата слоями 8 электроизолирующего материала и имеют в верхнем модуле на своих концах уступы, соответствующие выступам на концах витков нижнего модуля.

При сборке магнитной системы сначала на нижней опорной конструкции располагаются соответствующим образом и закрепляются нижние модули 2.

После этого возможна сборка и монтаж внутренних конструкций (если реакторторсатрон — это 1-я стенка, бланкет, защита и т.п.), размещающихся в рабочем объеме магнитной системы. Затем возможна установка верхних модулей

2 и монтаж контактных групп 3. Для осуществления хорошего электроконтакта между токонесущими элементами (витками) 7 может быть предусмотрена механическая стяжка электроконтактов,например,при помощи струбцин 9.

В случае необходимости для извлечения какого-либо модуля требуется оcóùåñòâèòü разъем 2-х контактных групп и сместить верхний модуль— вверх, нижний модуль — вниз.

Описанная конструкция винтовой тороидальной магнитной системы, как уже отмечалось, обеспечивает уменьшение числа контактных групп на 1/3 по сравнению с прототипом. Это уменьшает требуемуюдополнительную мощность реФрижератора с 45 ИВт до 30 МВт.

Кроме того, предлагаемая модульйая магнитная система обладает повышенной технологичностью по сравнению с прототипом: модуль содержит один отрезок винтовой обмотки, что обеспечивает высокую степень взаимозаменяемости и более низкую стоимость, для извлечения модуля из системы требуется разборка только двух контактных групп, все соединения лежат в доступной, легко фиксируемой плоскости, что значительно облегчает условия монтажа, демонтажа и эксплуатации, для изготовления модуля требуется опВ равка одного вида вместо двух в прототипе.

10 84 l4

Составитель В.Чуянов

Редактор С.Титова ТехредМ.Пароцай

Корректор С.Шекмар

Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная 4

Заказ 2781/1 Тираж 408

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

bio делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5