Первая стенка плазменной установки

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<»> 782553

Союз Советских

Социалистических

Республик (б1) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 27.03.79 (21) 2743402/18-25 (51)М,Кл.а G 21 В 1/00 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 23.01.82. Бюллетень № 3

Государственный комитет но делам изобретений и открытий (53) УДК 621.384 (088.8) (45) Дата опубликования описания 23.01.82 (72) Авторы изобретения

И. П. Стаханов и М. М. Фикс

ЯД, т» г (71) Заявитель

Научно-производственное объединение «Энергия» (54) ПЕРВАЯ СТЕНКА ПЛАЗМЕННОЙ УСТАНОВКИ

Изобретение относится к области плазменной техники и может быть использовано при осуществлении реакции термоядерного синтеза.

В связи с необходимостью уменьшить поступление в горячую водородную плазму примесей тяжелых элементов,. которые дают сильное излучение и охлаждают плазму, в термоядерных установках принимают специальные меры для защиты первой стенки от разрушения.

Известна первая стенка плазменной установки, в которой создана система натекателей и система отверстий (1). Через натекатели в пристеночную область подают рабочую смесь и одновременно через от-" верстия отсасывают de вместе с нейтральными примесями.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является конструкция первой стенки плазменной установки, содержащей секции из растворяющего рабочую смесь материала и средства создания раствора рабочей смеси в ней (2).

Кольцевые секции изготовлены из материала с повышенной способностью к насыщению рабочей смесью и собраны так, что между ними образованы сообщающиеся с коллектором отсоса щели. Рабочую смесь нодают непосредственно из кольцевых сек2 ! ! ций первой стенки и отсасывают вместе с нейтральными примесями через щели., Сравнительно большая степень чистоты плазмы достигается тем, что около первой

5 стенки создают холодный защитный, слой из непрерывно прокачиваемой рабочей смеси.

Недостатком известной конструкции является то, что параметры защитного слоя

16 (температуру, плотность, толщину), определяющие его эффективность, трудно регулировать и стабилизировать, поскольку для этого необходимо согласованное изменение скоростей подачи и отсоса рабочей смеси.

15 Кроме того, требуется мощное дополнительное оборудование для откачки боль- ших потоков газа", в том числе опасного и дорогостоящего:ра дио активного трития, когда последний входит 1в состав рабочей

20 смеси.

Цель изобретения — повышение надежности защиты первой стенки плазменной установки путем упрощения регулировки параметров защитного слоя и повы25 шение радиационной безопасности.

Цель достигается тем, что первая стенка,плазменной установки, содержащая секции из растворяющего рабочую смесь материала и средства создания раствора

ЗO рабочей смеси в ней, выполнена и

782553 слоев, причем внутренний слой полностью

"выполнен из материала, растворяющего рабочую смесь, а наружный — из материала, непроницаемого для этой смеси и снаб" Йейа средством для регулирования ее температуры. Средство для регулирования температуры первой стенки может быть =" выполнено в виде размещенного снаружи стенки трубопровода для прокачки теплоносителя.

Устройство позволяет при нагреве предварительно пропитанной рабочей смесью стенки создать защитный слой, параметры которого, определяющие эффективность его защиты, легко регулируются за счет изменения температуры первой стенки.

Кроме того, рабочий объем ограничен непроницаемым наружйым слоем первой стенки, в силу чего рабочая смесь замкнута в нем. Это позволяет повысить радиационную безопасность и исключить потери радиоактивного трития.

Для заполнения рабочего объема газовой рабочей смесью температуру первой стенки устанавливают равной Т„ .

В состоянии термодинамического равновесия раствора и газа плотность газовой рабочей смеси и, при созданной во внутреннем слое первой стенки плотности раствора:Ж„определяется только температурой. Поэтому необходимую плотность атомов рабочей смеси в рабочем объеме получают соответствующим выбором температуры Т.,. После включния- магнитного поля в ходе нагрева газовой рабочей смеси температуру первой стенки увеличивают и по

-достижении рабочего режима первую стенку термостатируют при температуре Т.„,, При этом поток газа, выделяемого из внутреннего слоя первой стенки в рабочий объем, равен потоку .атомов и ионов (последние нейтрализуются), поглощаемому им. Это состояние кинетического равновесия при изменяющейся плотности раствора

N полностью определяется температурой

Т, и плотностью потока тепла Q, выносимого из плазмы атомами и ионами. Так как величина Q задана, например, интенсивностью реакций синтеза и отношением объема термоядерной плазмы к поверхности первой стенки, то параметры, плазмы непосредственно у первой стенки регулируют соответствующим выбором темпера.туры Т,. Слой плазмы, прилегающий к первой стенке, должен предохранять ее,от распыления, возникающего при прямом койтакте с горячей плазмой и бомбардировке ее быстрыми атомами, которые образуются в горячей плазме и свободно про ходят поперек удерживающего ее магнит ного поля. Указанными свойствами обла дает защитный слой низкотемпературной

""плазмы с вполйе определейййми" темпера(произведение толщины слоя плазмы Z на ее плотность). Быстрые атомы не смогут достичь первой стенки, если они будут йереза ряжаться era ионах;защмтного слоя.

На чертеже представлен вариант термоядерного реактора при таком положении подвижной заслонки, когда щель открыта для откачки рабочего объема.

В термоядерном реакторе в качестве

10 рабочей смеси используют смесь изотопов водорода.

Устройство содержит тороидальную вакуумную камеру 1, первая стенка 2 которой вйполиена из двух слоев. Внутренний слой

15 выполнен из материала, хорошо растворяю щего изотопы водорода, например из титана. Наружный слой 3 выполнен из материала, непроницаемого для изотопов водорода, на пример нвржа веющей стали. Щель

4, сообщающаяся с коллектором отсоса 5 системы откачки, закрыта подвижной заслонкой 6. Клапан 7 служит для подачи ра-бочей смеси с целью создания,раствора изотопов водорода в титане. Трубопроводы

8 служат для протока теплоносителя, регулирующего температуру первой стенки.

Устройство работает следующим образом.

В титановом слое первой стенки создают раствор рабочей смеси,для чего открывают клапан 7 и вводят в предварительно откачанный замкнутый рабочий объем (щель 4 после откачки закрыта подвижной заслонкой 6) смесь изотопов водорода. За время

35 порядка двух минут в слое титана толщиной 0,1 см при температуре 750 С и давлении рабочей смеси около 50 торр образуетея раствор с плотностью атомов изотопов водорода N = 5 10" см - . После этого

4о клапан 7 закрывают и переводят в рабочий цикл. Сначала в рабочем объеме создают рабочую плотность смеси изотопов водорода, Например, если плотность плазмы в центральной области тремоядерного реак45 тора должна быть 2. 10 4 см — з,то температуру первой стенки устанавливают равной

Т,= 300 С. После включения магнитного. поля в ходе нагрева газа в рабочем объеме температуру первой стенки увеличивают и

50 по достижении рабочего режима, когда из термоядерной плазмы на первую стенку идет поток тепла, плотность Q которого лежит, например, в диапазоне 10 (Q -.

-. 50 вт см — -", первую стенку термостати55 руют соответственно в диапазоне температур Т, = 330 — 400 С. При таком выборе температуры Т, плазма около первой стенки имеет следующие параметры: температура То — — 1,5 эв, плотность и = 4 — 7>(5О X 10" ам - . Толщина — пристенпюго слоя плазмы, в котбром прирост температуры сравнительно мал, составляет Z (2 — 1) см, Такой защитный слой низкотемпературной плазмы предохраняет первую стенку от раск ..--.... гтрк иончяиии пабочего Режима

782653 температуру первой стенки понижают, так что большая часть непрореагировавшей рабочей смеси конденсируется в стенку. Например, чтобы плотность молекул изотопов водорода в рабочем объеме реактора не превышала 3 10" см — (это соответствует рабочему вакууму с давлением остаточного газа около 10 — торр), температуру первой стенки понижают до Т,=120 С. Затем с помощью подвижной заслонки 6 открывают сообщающуюся с коллектором отсоса 5 щель 4, а после окончания откачки рабочего объема от продуктов реакции щель 4 закрывают и начинают следующий рабочий цикл. В процессе работы установки внутренний слой первой стенки обедняется рабочей смесью. Медленное падение плотности раствора компенсируют тем, что постепенно повышают температуры Т„, и Т, и таким образом вырабатывают большую часть растворенной смеси. После этого во внутреннем слое первой стенки снова создают раствор рабочей смеси.

Преимущество устройства заключается в том, что защитный слой надежно предохраняет плазму от загрязнения сильно излучающими тяжелыми примесями, так как его параметры хорошо стабилизируются и регулируются сравнйтельно небольшим нзменением температуры первой стенки. Кроме того, облегчается работа с радиоактивными и дорогими изотопами, уменьшается радиационная опасность и загрязнение окружающей среды.

Формула изобретения

1. Первая стенка плазменной установки, содержащая секции из растворяющего рабочую смесь материала и средства создания раствора рабочей смеси в ней, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности защиты первой стенки путем упрощения регулировки параметров защитного слоя и повышения радиационной безопасности, первая стенка выполнена из двух слоев, причем внутренний слой полностью выполнен из материала, растворяющего рабочую смесь, а наружный — из материала, непроницаемого для этой смеси, и снабжена средством для регулирования ее темпеМ ратуры.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что средство для регулирования температуры первой стенки выполнено в виде размещенного снаружи стенки трубопровода для прокачки теплоносителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Nuclear Fusion, ч. 8, № 3, 1968, р. 173.

2. Авторское свидетельство СССР № 464987, кл. Н 05 Н 1 02, 14.10.71 (прототип).

:ии::иа4иираии Ри.—.

782553 а

Составитель Н. Яковлева

Текред Л. Куклина

Редактор Е. Хейфиц

Корректор С. Файн

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

3 sa 9237 Hsa. МГОЗ Тираж 449 Т4оаииоиоо

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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