Двухступенчатый легкогазовый инжектор топливных макрочастиц для термоядерных установок

Двухступенчатый легкогазовый инжектор топливных макрочастиц для термоядерных установок, содержащий ствол с клапаном и втулкой, расположенной в вакуумной камере и охлаждаемой гелиевым теплообменником, первую ступень, выполненную в виде резервуара с газом, с системой трубопроводов и устройством подачи газа во вторую ступень, вторую ступень, выполненную в виде трубы, во внутреннем канале которой может перемещаться поршень, снабженную трубопроводами вакуумной откачки и напуска газа, систему дифференциальной откачки, отличающийся тем, что, с целью повышения ресурса непрерывной работы инжектора за счет ликвидации технологической паузы для периодического демонтажа второй ступени и замены поршня, часть трубы второй ступени расположена в вакуумной камере, причем эта часть второй ступени выполнена в виде втулки с гелиевым теплообменником так, что отверстие внутри втулки является продолжением канала трубы.

Изобретение относится к области управляемого термоядерного синтеза и может быть применено для ввода топлива и диагностики плазмы в термоядерных установках.
Известны одноступенчатые легкогазовые инжекторы макрочастиц термоядерного топлива. Недостатком одноступенчатых инжекторов является относительно невысокая скорость (1,5-2 км/с), не позволяющая вводить топливо глубоко в плазму.
Прототипом является двухступенчатый легкогазовый инжектор топливных макрочистиц, содержащий ствол с клапаном и втулкой, расположенной в вакуумной камере и охлаждаемой гелиевым теплообменником до температуры около 10K, первую ступень, выполненную в виде резервуара с газом с системой трубопроводов и устройством подачи газа во вторую ступень, вторую ступень, выполненную в виде трубы, в канале которой расположен поршень, снабженный трубопроводами вакуумной откачки и напуска газа, систему дифференциальной откачки.
Недостатком данного инжектора является малый ресурс непрерывной работы до остановки, обусловленный необходимостью демонтажа 2-й ступени для периодической замены поршня, который разрушается, во-первых, из-за сильной эрозии от нагревающегося при сжатии газа (более 1000K), во-вторых, из-за вытекания газа из ствола и связанных с этим ударов поршня о конец трубы под действием газа из 1-й ступени. Этот недостаток приводит к невозможности использования инжектора для ввода топлива в непрерывно и длительно работающий реактор-токамак.
Цель изобретения увеличение ресурса лекгогазового инжектора топливных таблеток за счет ликвидации технологической паузы в работе инжектора, вызванной необходимостью демонтажа и периодической замены поршня.
Предлагаемое устройство существенно отличается от известных не только тем, что поршень второй ступени формируется в цикле инжекций одновременно с образованием таблетки, но и тем, что поршень предназначен для разрушения во время инжекции, так как это улучшает характеристики инжектора.
На чертеже представлена схема предлагаемого инжектора.
Инжектор содержит ствол 1 с клапаном 2 и втулкой 3, расположенной в вакуумной камере 4 и охлаждаемой гелиевым теплообменником 5, первую ступень 6, выполненную в виде резервуара 7 с газом с системой трубопроводов и устройством 8 подачи газа во вторую ступень, вторую ступень 9, выполненную в виде трубы 10, в канале которой расположен поршень 11 из затвердевшего газообразного топлива, снабженной трубопроводами 12 вакуумной откачки и напуска газа 13, систему 14 дифференциальной откачки, топливную таблетку 15, вакуумную камеру 16 с втулкой 17, снабженной гелиевым теплообменником 18.
Устройство работает следующим образом. Гелиевые теплообменники 5 и 18 охлаждают втулки 3 и 17 до 10K. Клапан 2 закрывается. Водород под давлением 0,05 МПа из трубопровода 13 поступает в трубу 10 и ствол 1, замерзает внутри втулок, образуя таблетку 15 и поршень 11. Клапан 2 открывается. Давление газа между таблеткой и поршнем поднимают до 1-3 атм (0,1-0,3 МПа). Устройство 8 подает газ под давлением 4 МПа из резервуара 7 1-й ступени в трубу 10. Поршень 11 ускоряется в трубе (эксперименты показали, что давление 4 МПа не разрушает твердоводородный поршень) и сжимает водород. Когда давление водорода превысит давление страгивания таблетки 15 (1,5-3 МПа), последняя начнет ускоряться в стволе. После вылета таблетки из ствола в систему 14 дифференциальной откачки ствол 1 и труба 10 откачиваются по трубопроводу 12, клапан 2 закрывается, в ствол и трубу подается газ и цикл повторяется.
Устройство выгодно отличается тем, что поршень для сжатия ускоряющего газа формируется в цикле во время подготовки таблетки к выстрелу, используется только один раз и не требуется технологической паузы для демонтажа 2-й ступени и замены разрушенного за счет нагретого ускоряющего газа и удара в край ствола поршня, что повышает ресурс непрерывной работы инжектора на термоядерных установках. Ресурс работы данного устройства составляет 5-10 тыс. циклов и ограничивается не 2-й ступенью, а другими узлами инжектора.
Изобретение относится к области управляемого термоядерного синтеза и может быть использовано в системах подпитки топливом термоядерных реакторов. Цель изобретения - повышение ресурса непрерывной работы двухступенчатого легкогазового инжектора топливных макрочастиц. Инжектор содержит ствол с клапаном и втулкой, расположенной в вакуумной камере и охлаждаемой гелиевым теплообменником, первую ступень в виде резервуара с газом и системой трубопроводов, вторую ступень в виде трубы. Часть трубы второй ступени расположена в вакуумной камере, причем начало этой части трубы выполнено в виде втулки с гелиевым теплообменником так, что отверстие внутри втулки является продолжением канала трубы. 1 ил.