Антенное устройство для высокочастотного нагрева плазмы в термоядерном реакторе на основе токамака

 

Изобретение относится к технике, связанной с получением горячей плазмы для осуществления управляемого термоядерного синтеза, и предназначено для использования в замкнутых магнитных ловушках типа токамака, играющих роль демонстрационного реактора, т.е. имеющих большие размеры. Цель - повы шейке эффективности нагрева плазмы за счет снижения притока примесей с поверхности стенки токамака. Антенное устройство для высокочастотного нагрева плазмы содержитчетное число одинаковых отрезков полосковой линии, ориентированных в полоидальном направлении магнитного поля токамака, находящихся на одинаковом расстоянии друг от друга, расположенных в нише первой стенки и соединенных с высокочастотным генератором так, что каждых два соседних отрезка полосковой линии подключены в противофазе. При этом каждый последующий отрезок полосковой линии смещен относительно предьщущего в направлении полоидальной компоненты магнитного поля на расстояние h al/qR, где а - малый радиус токамака, на котором размещено антенное устройство; q. - запас устойчивости на радиус а; R - большой радиус токамака; 1 - расстояние между серединами соседних отрезков полосковой линии. Благодаря такому расположению отрезков положительный заряд, наведенный в периферийной плазме под каким-либо участком одного отрезка полосковой линии за время, значительно меньшее времени изменения потенциала, полностью компенсируется за счет смещения в сторону этого участка электронов со стороны областей отрицательного объемного заряда. Эти области формируются в рассматриваемый момент времени под участками соседних отрезков, находящимися под таким же по абсолютной величине потенциалом , что и первый отрезок, и выставленньм вдоль одной магнитной сило войлинии. Вследствие этого не возникают пульсации потенциала периферийной плазмы относительно первой стенки и потому не развиваются потоки частиц на эту стенку. 1 ил. 1О (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

C0 AËÈCTÈ×ЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) + (Ill

А1

<511 4 С 21 В 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

1 g($ -: ь:. и .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ „:, ц

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ: ":Ф 1 >тм(А

° », wr (21) 4130489/24-25 (22) 08. 10. 86 (46) 23. 10.88. Бюл. Н* 39 (72) Л.И. Григорьева, Б.И. Смердов и R. В. Чечкин (53) 533.9(088.8) (56) Локгинов A.Â., Степанов К.Н.

Высокочастотный нагрев плазмы.в токамаках в области ионных циклотронных частот. — В кн.:Высокочастотный нагрев плазмы, Горький, ИТФ

АН СССР, 1983, с. 105-210.

Vdovin Ч.L. Electromagnetic theory

of an antenna for . ICR heating of

tokamak plasmas. " Nucl. Fusion, 1983, v. 23 8 11, р. 1435-1446. (54) АНТЕННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО НАГРЕВА ПЛАЗМЫ В ТЕРМОЯДЕРНОМ РЕАКТОРЕ НА ОСНОВЕ TOKAMAKA (57) Изобретение относится к технике, связанной с получением горячей плазмы . для осуществления управляемого термоядерного синтеза, и предназначено для использования в замкнутых магнитных ловушках типа токамака, играющих роль демонстрационного реактора, т.е. имеющих большие размеры. Цель — повышение эффективности нагрева плазмы за счет снижения притока примесей с поверхности стенки токамака. Антенное устройство для высокочастотного нагрева плазмы содержит- четное число одинаковых отрезков полосковой линии, ориентированных в полоидальном направлении магнитного пбля токамака, находящихся на одинаковом расстоянии друг от друга, расположенных в нише первой стенки и соединенных с высокочастотным генератором так, что каждых два соседних отрезка полосковой линии подключены в противофазе. При этом каждый последующий отрезок полосковой линии смещен относительно предьдущего в направлении полоидальной компоненты магнитного поля на расстояние h = аl/qR, где а — малый радиус токамака, на котором размещено антенное устройство; q — запас устойчивости на радиус а; R — большой радиус токамака; 1 — расстояние между серединами соседних отрезков полосковой линии. Благодаря такому расположению отрезков положительный заряд, наведенный в периферийной плазме под каким-либо участком одного отрезка по. лосковой линии за время, значительно меньшее времени изменения потенциала, полностью компенсируется за счет смещения в сторону этого участка электронов со стороны областей отрицательного объемного заряда. Эти области формируются в рассматриваемый момент времени под участками соседних отрезков, находящимися под таким же по абсолютной величине потенциалом, что и первый отрезок, и выставленным вдоль одной магнитной сило вой.линии. Вследствие этого не возникают пульсации потенциала периферий ной плазмы относительно первой стенки и потому не развиваются потоки частиц на эту стенку. 1 ил.

1432614

Изобретение относится к области техники, связанной с получением горячей плаэмы для осуществления управляемого термоядерного синтеза, и предHB значено для исполь з ова ния в замкнутых магнитных ловушках типа токамака, играющих роль демонстрационного реактора, т. е. имеющих достаточно большие размеры, 10

Цель изобретения — повышение эффективности нагрева плазмы за счет снижения потока примесей с поверх-! ! ности стенки токамака.

На чертеже схематически изобра- 15 жено антенное устройство, вид изнутри камеры токамака.

Устройство состоит из четырех одина ковых отр ез ков 1-4 полосковой линии, ориентированных в полоидаль- 20 ном направлении (направление. Y) . Ширина каждого отрезка 25 см, длина

180 см. Расстояние между любыми соседними отрезками в тороидальном направлении (ось Z) постоянно и равно 25

7 см.. Устройство размещено в нише первой стенки (не показано) так, что оно не выходит за пределы стенки.

Принципиальными требованиями, необходимыми для повышения эффективности 30 нагрева плазмы за счет снижения потока примесей во время высокочастcç"ного импульса, являются обеспечение такого режима работы устройства, при котором высокочастотные токи, протекающие в соседних отрезках (в сечениях, отстоящих на одинаковом расстоянии от места подключения к высокочастотному генератору), равны по о величине и сдвинуты по фазе на 180, @ смещение каждого последующего отрезка относительно предыдущего осуществлено в направлении цолоидальной ком-, поненты магнитного поля на расстояние

h = al/qR, где а — малый радиус токамака, на котором размещено антенное устроиство у запас устойчивости на радиусе а;

R — большой радиус токамака;

1 — расстояние между серединами соседних отрезков полосковой линии.

Приведенная зависимость для h обу славливает то, что участки отрезков, находящиеся под одинаковым по абсолютной величине потенциалом, расположены вдоль одной магнитной силовой линии. Выпмтнение первого требования можно обеспечить, например, используя в качестве источника высокочастотной мощности генератор с симметричным (двухтактным) выводом мощности и подключая все четные отрезки полосковой линии к одному выходу, а нечетные— к другому. Возможны также другие пути обеспечения этого требования, реализуемые известными радиотехническими средствами.

Характеризуя второе требование, сделаем оценку величины взаимного смещения h двух соседних отрезков полосковой линии в полоидальном направлении. Считая, что величина запаса устойчивости о в токамаке

ИНТОР возле стенки по порядку величины близка к 2(К = 5,3 м, радиус первой стенки 0,165 м) получим для взаимного смещения двух соседних отрезков полосковой линии величину

h . .5 см, и, соответственно, для смещения между центрами крайних (т.е. первого и четвертого) отрезков 15 см.

Реализация такого смещения не связана с принципиальными трудностями и осуществима при проектировании.

При работе антенного устройства каждый последующий отрезок полосковой линии смещен относительно предыдущего в полоидальном направлении так, что любая магнитная силовая линия S, проходящая вблизи поверхности антенны, проходит участки отрезков полосковой линии, находящиеся в каждый момент времени под одинаковым по абсолютной величине потенциалом. Благодаря такому расположению отрезков положительный заряд, наведенный в периферийной плазме под каким-либо участком одного отрезка полосковой линии за время, значительно меньшее времени изменения потенциала, полностью компенсируется за счет смещения в сторону этого участка электронов со стороны областей отрицательного объемного заряда.

Эти области формируются в рассматриваемый момент времени нод участками соседних отрезков, находящимися под таким же по абсолютной величине по- тенциалом, что и первый отрезок, и выставленными вдоль одной магнитной силовой линии.

1432614

Вследствие взаимной компенсации объемных зарядов не возникают пульсации потенциала периферийной плазмы относительно первой стенки и потому не развиваются потоки частиц на эту стенку. Таким образом, подавляется один из главных механизмов, приводящих к повышенному выделению примесей при высокочастотном нагреве плаз- 10 мы.

Формула из обр ет ения

Антенное устройство для высокочастотного нагрева плазмы в термоядерном реакторе на основе токамака, содержащее четное число одинаковых отрезков полосковой линии, ориентира- 20 ванных в полоидальном направлении магнитного поля токамака, находящихся на одинаковом расстоянии друг от друга в тороидальном направлении, рас- положенных в нише первой стенки и соединенных с высокочастотным генератором так, что каждые два соседних отрезка полосковой линии подключены в противофазе, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью повышения эффективности нагрева за счет снижения потока примесей с поверхности стенки токамака ° каждый последующий отрезок полосковой линии смещен относительно предыцущего в направлении полоидальной компоненты магнитного поля на расстояние h а1/qR, где а — малый радиус токамака; на котором размещено антенное устройство; запас устойчивости на радиусе а;

К вЂ” большой радиус токамака; 1 - расстояние между серединами соседних от-. резков полосковой линии. °

1432614

Составитель П. Захарченко

ТехредЛ,Сердюкова Корректор H. 1YCK

Редактор В. Петраш

Заказ 5451/46

Тираж 395 Подпис ное. ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4