Возобновляемый лимитер термоядерного реактора-токамака
Изобретение относится к термоядерной энергетической технологии и может быть использовано при создании энергетических термоядерных установок типа токамак или стелларатор. Цель - повышение срока службы и упрощение. Лимитер выполнен в виде вогнутого желоба, замкнутого вдоль тороидального обхода реактора и ограничивающего плазму снизу. Полость желоба заполняют легкоплавким материалом-наполнителем, желоб содержит каналы охлаждения и расположенные над ними нагреватели, а между плазмой и каналами охлаждения располагают слой материала-наполнителя. В качестве наполнителя выбирают материал с температурой плавления в диапазоне 180 - 670С. В рабочем режиме материал-наполнитель, контактирующий с плазмой, находится в твердом состоянии. При нарушении профиля приемной поверхности из-за перераспределения материала-наполнителя вследствие перенапыления содержимое желоба нагревается с помощью нагревателей до температуры плавления материала-наполнителя, и приемная поверхность выравнивается под действием силы тяжести и напора расплавленного материала-наполнителя, поступающего в желоб по каналам-опорам снизу. После отключения нагревателей материал-наполнитель затвердевает. Возможность периодического возобновления приемной поверхности лимитера обеспечивает увеличение его срока службы на весь срок службы реактора. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к термоядерной энергетической технологии и может быть использовано при создании энергетических термоядерных установок типа токамак или стелларатор. Цель изобретения - повышение срока службы и упрощения. На чертеже изображена схема возобновляемого лимитера термоядерного реактора-токамака. Устройство содержит замкнутый кольцевой желоб 1, заполняемый легкоплавким материалом 2, каналы 3 охлаждения, нагреватели 4, каналы 5 сообщения с резервуаром (на чертеже не показан). Устройство работает следующим образом. Корпускулярные и тепловые потоки из плазмы выносятся на рабочую поверхность лимитера, которая представляет собой отвердевший слой легкоплавкого материала 2 - наполнителя. Тепло передается к каналам 3 охлаждения, покрытым тонкой противоэрозионной пленкой. Если в качестве легкоплавкого материала использовать, например литий (температура плавления 180оС), то при толщине слоя лития, покрывающего каналы охлаждения, 2 мм лимитер позволяет снимать тепловые потоки до 400 Вт/см2 без расплавления защитной пленки. При использования алюминия (температура плавления 660оС) толщина защитного слоя может быть увеличена до 10 мм. Диапазон температур плавления легкоплавкого материала целесообразно ограничить значениями 180 - 670оС. Нижняя граница этого диапазона определяется условием съема без расплавления значительных тепловых потоков (до нескольких сот Вт/см2), вызывающих существенный перепад температур на рабочем слое. Верхняя граница определяется необходимостью разогрева материала 2 до расплавленного состоянии при обновлении защитного слоя. При этом температуры выше 600-700оС нежелательны с точки зрения сильного взаимодействия материала-наполнителя с конструкционными материалами лимитера, воздействия горячего лимитера на другие компоненты тора и энергозатрат на обогрев лимитера. По мере утонения отдельных участков защитной пленки и перераспределения расплавленного материала содержимое желоба нагревается до температуры плавления материала 2, и рабочий слой лимитера выравнивается под действием силы тяжести и напора расплавленного материала, поступающего в желоб 1 по каналам 5 снизу. Затем нагреватели отключаются, и легкоплавкий материал 2 отвердевает. В случае аномальных выбросов тепла на лимитер при срывах плазмы расплавляется защитная пленка и нарушается форма рабочего слоя, однако последствия таких режимов устраняются аналогичным путем. Рабочий слой в предлагаемом устройстве формируется в горизонтальной плоскости под действием силы тяжести, что обеспечивает гладкую однородную поверхность жидкого материала. Для предотвращения колебаний поверхности лимитера в результате переходных электромагнитных процессов и улучшения теплового режима ее работы материал-наполнитель замораживается. Долговечность рабочего слоя лимитера обеспечивается его сменяемостью. Применение предлагаемого устройства позволяет продлить срок службы лимитера на весь срок службы реактора. При этом ликвидируются дорогостоящие простои реактора и необходимость в оборудовании, с помощью которого заменяют изношенные элементы. (56) INTOR, Phase Two A, part 1, IAFA, VIENA, 1983, р. 316. Муравьев Е. В. Доклад III Всесоюзной конференции по инженерным проблемам термоядерных реакторов. - Ленинград, 1984, т. 4, с. 49.
Формула изобретения
1. ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЙ ЛИМИТЕР ТЕРМОЯДЕРНОГО РЕАКТОРА-ТОКАМАКА, содержащий элемент с возобновляемым защитным легкоплавким покрытием, резервуар с материалом покрытия, отличающийся тем, что, с целью повышения срока службы и упрощения, в него введены каналы охлаждения и нагреватели, при этом элемент с возобновляемым защитным покрытием выполнен в виде замкнутого кольцевого желоба, заполненного материалом покрытия и соединенного с резервуаром, а в полости замкнутого кольцевого желоба размещены каналы охлаждения, ниже которых расположены нагреватели. 2. Лимитер по п. 1, отличающийся тем, что легкоплавкий материал, заполняющий замкнутый кольцевой желоб, выбран с температурой плавления в диапазоне 180 - 670oС.РИСУНКИ
Рисунок 1
