Способ удаления гелия,изотопов водорода и газовых продуктов эррозии первой стенки из вакуумного объема токамака - реактора

 

Изобретение относится к физике плазмы и исследованиям по управляемому термоядерному синтезу и может быть использовано для удаления газообразных из камеры токамака-реактора. Целью изобретения является повьшение эффективности удаления газообразных продуктов. Для этого в камере токамака с помощью средств дополнительного нагрева (ВЧ или СВЧ) зажигаются дуги, опирающиеся торцами на откачные диафрагмы. Нейтральный газ ионизуется, удерживается внутри дуг и откачивается на диафрагмах. Способ позволяет обог ащать откачиваемьй газ гелием. 4 ил. i сл с: со ел ND СП

СО1ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5и 4 < 21 В 1/00

ВСЕССМЗГА 5

jg r д ! RH4 I ""/.

1,13.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4026603/24-25 (22) 24.02.86 (46) 23.11.87.Бюл. Ф 43 (72) С.В.Мирнов (53) 533,9 (088.8) (56) INÒOR, Phase Two Д.Part 1

1АЕА. Vienna, 1983, 3.10.2.Torus

vacuum system, р,84-85.

Mirnov S.V. Helium removal in

the conditions of sorption diaphragm

operation in the iNTOR. Suppl. to

Them 3 on 1МТОК "impurities control, fueling and exhaust".Moscow, 1979..З0 1354251 А 1 (54) СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ГЕЛИЯ, ИЗОТОПОВ

ВОДОРОДА И ГАЗОВЫХ ПРОДУКТОВ ЭРОЗИИ

ПЕРВОЙ СТЕНКИ ИЗ ВАКУУМНОГО ОБЪЕМА

ТОКАМАКА РЕАКТОРА (57) Изобретение относится к физике плазмы и исследованиям по управляемому термоядерному синтезу и может быть использовано для удаления газообразных продуктов из камеры токамака-реактора. Целью изобретения является повьппение эффективности удаления газообразных продуктов. Для этого в камере токамака с помощью средств дополнительного нагрева (ВЧ или СВЧ) зажигаются дуги, опирающиеся торцами на откачные диафрагмы.

Нейтральный гаэ ионизуется, удерживается внутри дуг и откачивается на диафрагмах. Способ позволяет обогащать откачиваемый газ гелием. 4 ил.

135425i

Изобретение отНосится к области управляемого термоядерного синтеза, а именно к термоядерным реакторам тип а ток ам ак . .)

Цель изобретения — упрощение и повышения экономичности процесса удаления гелия и других продуктов из камеры токамака-реактора.

На фиг.1 показана камера реакто-ра, вертикальное сечение; на фиг„2 то же, горизонтальное сечение; на фиг.З вЂ” схема откачивающей диафрагмы; на фиг.4 — скорости процессов ианизации водорода и гелия как функции температуры электронов.

Камера реактора содержит диверторные каналы 1., приемные диверторные пластины 2, источники мощности дополнительного нагрева, экрани- 20 рующие плазменные шнуры 4, откачивающие диафрагмы 5: Кроме тога, показано направление 6 откачки (фиг.1) с дроссельными заслонками 7 откачки, нейтрализатор 8, жалюзи 9 (фиг.3), 2В

Способ осуществляется следующим образом.

Потоки энергии (ЯО МВт) и заря женных частиц (2 10 с — D,Ò; о

2 10 c — Не) направляются по диверторным каналам 1 на приемные диверторные пластины 2 из тугоплавких или жидких металлов, где производится съем энергии и нейтрализация ионов. Нейтральные атомы D Т, Не, отраженные от диверторных пластин 2, создают редкую (Р =. 10 тарр) газо-.

Вую оболочку BQKp+p лов 1 . Согласно известному сгасобу этот газ откачивается двенадцатью 40 вакуумными модулями с прсизводитель— ф ностью откачки 5 10 л/с каждый.

Для удаления э-о" î га=.à согласно предлагаемому сгасобу нужно с по мощью дополнительного нагрева (ВЧ, СВЧ, часть теплового потока из диверторных каналов) образовать с областях экранирующие плазменные шнуры

4, способные ианизовать нейтральные атомы, летящие с пластин, и зах- 0 ватить их в плазменную ловушку. Длг, последующего удаления их из вакуумного объема токамака каждый экрани-рующий плазменный шнур в двух сечениях (фиг.21 пересекается откачиваю" щей диафрагмой 5 (фиг.3l, иа выходе которой стоят обычные средства от- качки, например турбомолекулярные

Ф насосы производительностью 2 10 л/с.

В начальный момент работы реактора происходит накспление нейтрального газа в областях вблизи диверторных пластин. Затем осуществляют поджиг плазмы н =-xpaatvpmu шнурах 4 и ее накопление. =)тот процесс управ— Н е ляется уров -..". дополнительного нагрева и дроссельной заслонкой 7 откачки.

Требования к плазме экранирующих шнуров определяются ее ионизационными свойствмаи пс отношению к гелию.

На фиг.4 па оси ординат отложены значения скоростнь х коэффициентов ионизации (Ъ а „„для гелия и водорода в зависимости от электронной температуры Т

Для эффективного захвата атома плазменным шнуром необходимо, чтобы поперечный размер шнура а был сравним или превосходил длину пробега атома в плазме до ионизации

Атомы отражаются ат диверторных пластин со средними энергиями, близкими к 0,1 эВ. .Тогда

Vб пе е он

10 hã— см1.

3llä - Veб ОH

Из хода кривой Ч,б>, „для гелия видна, чта при выборе Т не следует опускаться ниже 30 эВ. Увеличение

Т, вь.ше 40 эВ также нежелательно растут тепловые потоки íà диафрагмы.

Выбрав поперечный размер экранирующего шнура в случае работы реактора ИНТОР а =- 10 (.м = Ляр, а Т и

30 эВ, находим и = э 10 см при этом Фв = 5 см, Это означает, чта внутренние области экранирующих плазменных шнуров должны быть относительно обогащены гелием. Путем секционирования атка:ивающих диафрагм возможна его преимушественное удаление.

Из фиг.4 следует, что отношение

",ц /9 должно быстро расти по мере снижения Т . При Т = 5 эВ оно дос..-игает 50. Это означает, что в режиме работы реактора ИНТОР с низкотемпературнай плазмой в дивертарных каналах (Те = 5 †;-10 эВ) захват ими отраженных ат пластин атомов гелия намного слабее, чем атомов водорода, в то время как более горячие экранирующие плазменные шнуры поглощают все падающие атомы. B таких условиях

3 13 возможно дополнительное обогащение гелием удаляемых газов.

Функция откачивающей диафрагмы (фиг.3) состоит в том, чтобы принимать текущий вдоль магнитного поля плазменный поток, нейтрализовать и удерживать вблизи нейтрализатора 8 заданное давление газа, обеспечивая тем самым его откачку обычными средствами.

В реакторе ИНТОР необходимо от22 качивать 2 ) О ат/с. Если задаться суммарной скоростью откачки обоими

4 патрубками 5 10 л/с, необходимое давление составит 1,2 ° 0 торр. Его можно обеспечить поместив перед нейт) рализатором 8 жалюзи 9 в виде прямоугольных ячеек.

Расчет показывает, что при выбранных параметрах плазмы на кромки жалюзи поступает тепловой поток около 300+50 Вт/см . Потоки на плоскос— ти должны быть на порядок меньше.

Съем таких потоков не составляет принципиальных трудностей.

Полная мощность, систем дополнительного нагрева должна составлять около 2 МВт. Из них 0,5 МВт — на ионизацию и компенсацию излучательных потерь захваченного газа, а

1,5 МВт — на компенсацию тепловых потерь вдоль магнитного поля на диафрагмы. Возможные способы — БЧ- и

СВЧ-нагрев.

54251

Мощность дополнительного нагрева может быть снижена, если удастся непосредственно транспортировать часть плазменной энергии из диверЬ торных каналов в пла зму эк ра нирующих шнуров . Эта возможность зависит от характера плазменных неустойчивостей на краю реальных каналов и от пространственного распределения тепловых потоков вблизи диверторных пластин.

Предлагаемый способ удаления гелия, изотопов водорода и газовых продуктов эрозии стенки позволяет сократить на порядок площадь откачных патрубков токамака-реактора и мощность соответствующей откачной аппаратуры.

?р

Формула изобретения

Способ удаления гелия, изотопов водорода и газовых продуктов эрозии

?<> первой стенки из вакуумного объема токамака-реактора, снабженного дивертором и/или диафрагмами, включающий вакуумную откачку, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощеЗр ния и повышения экономичности способа, вводят дополнительно откачивающие диафрагмы и формируют B магнитном по— ле токамака экранирующие плазменные шнуры, .пересекающие откачивающие

Риг. 2

Составитель Б,Чуянов

Редактор Н.Тупица Техред А.Крав- ух Корректор Н. Король

Заказ 5701/47 Т а;: Г1одписно .

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений - oòêðûòий

113035, Москва, 3-3S, Раушская наб,, д,4/5

Производственно-полиграфическое лредпp ÿтие, .г Ужгород„ л, Проектная, 4