Термоядерный реактор
Использование: в ядерной технике, в термоядерных реакторах. Сущность изобретения: в термоядерном реакторе, содержащем вакуумный корпус и бланкет, который выполнен из модулей, снабженных системой регулировки их положения, система регулировки выполнена в виде размещенных в гнездах вакуумного корпуса опорно-эксцентриковых узлов, при этом модули установлены и закреплены на опорно-эксцентриковых узлах. Технический результат, который может быть получен при осуществлении настоящего изобретения, заключается в том, что за счет возможности регулирования положения модулей бланкета при монтаже бланкет образует вакуумную полость, максимально приближенную к расчетной организации рабочего пространства термоядерного реактора. Кроме того, предлагаемая конструкция термоядерного реактора позволяет сократить технологические зазоры в бланкете, а также упрощает вывод коммуникаций непосредственно от бланкета через вакуумный корпус, что повышает надежность реактора и упрощает его конструкцию. 3 з.п. ф-лы, 21 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области ядерной техники и может быть использовано в термоядерных реакторах.
Известен термоядерный реактор, содержащий вакуумный корпус, в котором размещены сегменты бланкета со средствами крепления и опорная конструкция, собранная из элементов П-образной формы, на внутренних боковых стенках которых выполнены вертикальные канавки, расположенные друг за другом по высоте элементов и, по крайней мере, одного выступа и стопоров, расположенных на боковых стенках сегментов, причем стопоры снабжены приводами, расположенными внутри бланкета, высота и ширина выступа на сегменте соответствует высоте и глубине горизонтального паза на опорном элементе, а глубина вертикальных канавок соответствует рабочему ходу стопора сегмента. Элементы опорной конструкции установлены с возможностью перемещения в радиальном направлении относительно корпуса, кроме того, опорные элементы на корпусе закреплены разъемно (см. патент РФ 2056650, "Термоядерный реактор", МПК G 21 B 1/00, 1993 г.). Недостатки известного реактора заключаются в следующем: - опорная конструкция, форма которой только повторяет профиль вакуумного корпуса, не обеспечивает в полной мере создание бланкетом наиболее рационального, близкого к расчетному рабочему пространству термоядерного реактора; - бланкет, каждый ряд которого образован сегментами, расположенными друг от друга на расстоянии, равном толщине двух боковых стенок П-образных элементов опорной конструкции, в результате чего в бланкете имеются значительные зазоры ~100 мм, что неблагоприятно сказывается на режиме работы реактора; - установка сегментов бланкета в П-образных элементах опорной конструкции не позволяет осуществлять поперечное смещение элементов бланкета, что усложняет компановку бланкета нужного профиля; - наличие опорной конструкции такого типа не позволяет осуществить вывод коммуникаций непосредственно от сегментов бланкета кратчайшим путем через вакуумный корпус. Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому изобретению является термоядерный реактор, содержащий вакуумный корпус и бланкет (см. патент РФ 2086008, "Термоядерный реактор", МПК G 21 В 1/00, 1995 г.). Кроме того, в термоядерном реакторе бланкет выполнен из сегментов, которые установлены на опорной конструкции, снабженной продольными ребрами. На всю ширину ребер проделаны сквозные пазы для фиксации выступов, которыми снабжены боковые стенки сегментов бланкета и по длине которых проделаны сквозные щели под задвижки, расположенные в боковых стенках сегментов с возможностью вращения. Недостатки прототипа заключаются в следующем: - опорная конструкция, форма которой только повторяет профиль вакуумного корпуса и не обеспечивает в полной мере создание бланкетом наиболее рациональной, близкой к расчетной форме рабочее пространство термоядерного реактора, в виду отсутствия регулировок в опорной конструкции сегментов бланкета; - элементы бланкета, закрепленные в опорной конструкции по высоте друг за другом, разделены боковыми стенками опорной конструкции, что не позволяет осуществлять при монтаже поперечное смещение элементов бланкета и усложняет компановку бланкета нужного профиля; - бланкет образован сегментами, каждый ряд которого расположен друг от друга на расстоянии, равном толщине двух боковых стенок П-образных элементов опорной конструкции, в результате чего в бланкете имеются значительные зазоры ~100 мм, что неблагоприятно сказывается на режиме работы реактора. - наличие опорной конструкции не позволяет осуществить вывод коммуникаций непосредственно от сегментов бланкета кратчайшим путем через вакуумный корпус. Технический результат, который может быть получен при осуществлении настоящего изобретения, заключается в том, что в предлагаемой конструкции бланкет образует вакуумную полость, максимально приближенную к расчетной организации рабочего пространства термоядерного реактора, за счет возможности регулирования при монтаже, что позволяет повысить надежность реактора и упростить конструкцию. Указанный технический результат достигается тем, что в известном термоядерном реакторе, содержащем вакуумный корпус и бланкет, бланкет в реакторе выполнен из модулей, снабженных системой регулировки их положения, система регулировки выполнена в виде размещенных в гнездах вакуумного корпуса опорно-эксцентриковых узлов, при этом модули установлены и закреплены на опорно-эксцентриковых узлах; кроме того, опорно-эксцентриковый узел выполнен в виде большого эксцентрика, в котором установлен малый эксцентрик с опорой, эксцентриситеты обоих эксцентриков равны между собой, а опора выполнена полой и снабжена фланцами, один фланец соединен с модулем, а второй фланец закреплен в стакане, который установлен в малом эксцентрике, при этом ось фланца образует с осью опоры острый угол, а цилиндрическая полость стакана выполнена наклонной относительно его оси и имеет угол наклона, равный углу между осями опоры и фланца, кроме того, модули бланкета закреплены на опорно-эксцентриковых узлах посредством болтов и компенсационной втулки, при этом резьбовая часть болтов соединена с модулем, болт проходит через опору, а компенсационная втулка установлена между головкой болта и фланцем опоры; кроме того, опорно-эксцентриковый узел снабжен прижимной шайбой, размещенной на фланце опоры, а в гнезде вакуумного корпуса установлена гайка, взаимодействующая с прижимной шайбой и образующая с поверхностью гнезда винтовую пару, при этом внутренние поверхности прижимной шайбы и гайки имеют развал, образующий со своими осями угол не менее 2
кроме того, на боковой поверхности опоры по всему периметру выполнены сквозные продольные прорези, образующие спицы, причем ширина спиц и их толщина равны друг другу, а отношение высоты спицы к внешнему диаметру опоры равно 1,08. Сущность изобретения поясняется чертежами где, на фиг.1 представлено продольное сечение реактора; на фиг.2 представлена схема размещения модулей в бланкете и места крепления модулей бланкета на вакуумной камере; на фиг.3 показана схема установки на вакуумном корпусе двух опорно-эксцентриковых узлов системы регулирования положения для одного модуля; на фиг.4 показана схема расположения одного из модулей бланкета относительно теоретической внешней границы плазмы и положение осей модуля в местах его стыковки с вакуумным корпусом; на фиг.5 показано продольное сечение опорно-эксцентрикового узла на вакуумном корпусе; на фиг.6 представлена опора в изометрии; фиг.7 представлена схема продольного сечения, проходящего через модуль в месте его стыковки с опорно-эксцентриковым узлом; на фиг.8 показан вид опорно-эксцентрикового узла сверху на фиг. 7; на фиг.9 показано продольное сечение стакана; на фиг.10 показана схема продольного сечения, проходящего через ось стыковки модуля и ось опорно-эксцентрикового узла в случае, когда указанные оси не совпадают; на фиг.11 показан вид опорно-эксцентрикового узла сверху на фиг. 10; на фиг.12 представлена схема продольного сечения модуля и опорно-эксцентрикового узла после компенсации межосевого расстояния; на фиг.13 показан вид опорно-эксцентрикового узла сверху на фиг.12; на фиг.14 представлено продольное сечение модуля и опорно-эксцентрикового узла в случае, когда плоскость посадочного места опорно-эксцентрикового узла в вакуумном корпусе находится под острым углом к стыковочному месту модуля; на фиг.15 показана схема продольного сечения модуля и эксцентрикового узла после их стыковки; на фиг.16 показан вид опорно-эксцентрикового узла сверху на фиг. 15; на фиг. 17 показана схема продольного сечения, проходящего через ось стыковки модуля и ось опорно-эксцентрикового узла в случае, когда указанные оси не совпадают, а плоскость посадочного места опорно-эксцентрикового узла в вакуумном корпусе находится под острым углом к плоскости стыковки на модуле; на фиг. 18 представлена схема продольного сечения модуля и опорно-эксцентрикового узла, у которого плоскость торца опоры приведена в положение, параллельное месту стыковке на модуле; на фиг.19 показан вид опорно-эксцентрикового узла сверху на фиг.18; на фиг.20 представлено продольное сечение модуля и опорно-эксцентрикового узла после компенсации углов и межосевых расстояний; на фиг.21 показан вид опорно-эксцентрикового узла сверху на фиг.20. Термоядерный реактор содержит вакуумный корпус 1, бланкет 2, состоящий из модулей 3, и систему регулировки 4 положения модулей 3 бланкета 2 в вакуумном корпусе 1. Система регулировки 4 положения модулей 3 представляет собой опорно-эксцентриковые узлы 5, размещенные в гнездах 6 вакуумного корпуса 1. Каждый модуль 3 установлен и закреплен на четырех опорно-эксцентриковых узлах 5. В местах крепления на модулях 3 имеются сквозные отверстия 7, которые выполнены под средства крепления 8, связывающие модули 3 с опорно-экоцентриковыми узлами 5. Опорно-эксцентриковый узел 5 состоит из большого эксцентрика 9, в котором расположен малый эксцентрик 10 с опорой 11. Эксцентриситет












где


b - межосевое расстояние;
е - экцентриситет;







На посадочном месте в гнезде 6 вакуумного корпуса 1 размещают опорно-эксцентриковый узел 5, находящийся в исходном положении. Затем стакан 14 вместе с опорой 11 поворачивают в малом эксцентрике 10 относительно нулевой риски k6 на угол





Так как внутренние поверхности прижимной шайбы 16, гайки 17 и контргайки 18 выполнены с развалом, то при наклонном положении опора 11 не касается поверхности гнезда 6, а располагается параллельно ей. Ось (О3) модуля 3 образует с осью (О6) посадочного места на вакуумном корпусе 1 угол





где

Н - высота опоры между точками А11 и L;




После того как в опорно-эксцентриковом узле 5 ось (О11) опоры 11 совпала с осью (О3) модуля 3 в месте его стыковки, а торцевая поверхность фланца 12 опоры 11 стала параллельной стыковочной поверхности модуля 3, образуя при этом с плоскостью посадочного места на вакуумном корпусе 1 острый угол








Далее осуществляют регулирование следующих трех опорно-эксцентриковых узлов 5 для одного модуля 3, после чего производят стыковку и фиксирование модуля 5. Таким образом, модули 3, закрепленые на вакуумном корпусе 1, образуют защиту вакуумного корпуса термоядерного реактора, называемую бланкетом 2, от высокотемпературной плазмы и мощного радиационного излучения, сопровождающего процесс горения плазмы. Предложенный реактор функционирует следующим образом. В диверторном пространстве термоядерного реактора зажигают плазму. Под действием теплового нейтронного излучения плазмы модули 3 бланкета 2 разогреваются. Возникающие тепловые расширения модулей 3 в горизонтальных и вертикальном направлении компенсируются за счет свободного расширения модулей 3 в технологических зазорах между ними, при этом тепло от опор 11 отводится через контактные поверхности последних с модулем 3 и вакуумной камерой 1. При срыве плазмы образуется мощный электромагнитный импульс, который воздействует на модули 3 и они оказываются под воздействием сил, величина которых колеблется от 12 МН до 24 МН, причем эти силы имеют полоидальные, тороидальные и радиальные направления. От модулей 3 нагрузки передаются на опоры 11 в опорно-эксцентриковых узлах 5. В результате такого воздействия в спицах 19 опор 11 возникает упругая деформация, под действием которых они изменяют свою форму и компенсируют тем самым действие нагрузок. После гашения плазмы и снятия нагрузок благодаря примененному соотношению длины спиц к внешнему диаметру опоры (1,08) спицы 19 принимают свою первоначальную форму. Таким образом, термоядерный реактор предложенной конструкции повышает точность сборочных работ крупногабаритных конструкций реактора, позволяет организовать рабочее пространство, близкое к расчетному, позволяет значительно сократить зазоры в бланкете, упрощает вывод коммуникаций непосредственно от бланкета через вакуумный корпус в удобных для этого местах, что повышает надежность термоядерного реактора. Компенсация погрешностей при этом составляет




Формула изобретения

РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21