Дивертор торсатрона

(19) (11) 4(51) С ИЯ одер- меру,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) 1. Авторское свидетельство СССР9.369739, кл, Н 05 Н 1/12, 1972.2. Базаева А.В. и др, Диверторторсатрона и его влияние на процессыпереноса и накопление примесей.Доклады Всесоюзной конференции.по инженерным проблемам термоядер- .ных реакторов. НИИЭФА, т, 1, 1977 г.,с. 98-105 (прототип).(54)(57) ДИВЕРТОР ТОРСАТРОНА, сжащий тороидальную вакуумную ка охватывающую тороидальную камеруловушки торсатрона и сообщающуюсяс ней через щели между винтовымипроводниками системы создания магнит-ного поля ловушки, а также коллектор,выполненный в виде пластин, пересекающих силовые линии магнитного поляи установленных в периферийной поотношению к проводникам части вакуумной камеры, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью сниженияуровня загрязнения плазмы, пластиныколлектора выполнены криволинейными,охватывающими проводники по всейих длине,: и имеют кривизну меньшекривизны силовых линий магнитногополя в месте установки пластин.1080650 2 Поперек выведенных наружу магнитных Изобретение относится к технике удержания и нагрева плазмы и может быть использовано при разработке установок управляемого термоядерного синтеза. 5Известны различные типы диверторов, предназначенных для защиты основного объема плазмы в токамаках от поступления в него примесей, подразделяющиеся на тороидальные, полоидальные и локальные диверторы Я .Все эти диверторы содержат откачиваемую вакуумную камеру, сообщающуюся с вакуумной камерой магнитной ловушки, магнитную систему, создаю щую конфигурацию, магнитных силовых линий, обеспечивающую отведение пристеночной плазмы через отверстия. в вакуумную камеру дивертора, коллек.- тор, расположенный поперек магнит ных силовых линий в вакуумной камере дивертора, в области, наиболее удаленной от основного объема плазмы.Известные диверторы нельзя использовать в торсатронах,:Ближайшим техническим решением к предложенному является дивертор торсатрона, содержащий тороидальную вакуумную камеру, охватывающую тороидальную камеру ловушки торсатрона и сообщающуюся с ней через щели между винтовыми проводниками системы создания магнитного поля ловушки, а также коллектор, выполненный в виде пластин, пересекающих силовые пинии магнитного поля и установленных в периферийной по отношению к проводникам части вакуумной ка 25 конструкций. 35 меры 21 . 55 В известном диверторе торсатрона конфигурация магнитных силовых линий для отвода пристеночной плазмы в диверторную камеру определяется той же магнитной системой, которая создает конфигурацию и тороидальной магнитной ловушки, удерживающей основной объем плазмы. Магнитные силовые линии этой магнитной системы, находящиеся за крайней неразрушенной магнитной поверхностью ловушки, создают магнитную конфигурацию дивертора, обеспечивающую вывод пристеночной плазмы в его вакуумную камеру, расположенную с наружной стороны винтовых проводников магнитной ловушки и сообщающуюся с вакуумным объемом ловушки через щели между винтовыми проводниками,силовых линий с наружной стороныкаждого винтового проводника, количество которых определяет заходность торсатрона, установлен коллектор в виде пластин.Известно, что поверхность пластин коллектора, контактирующая с плазмой, эродируетОсновными механизмами эрозии являются униполярные дуги и ионное распыление. Значительная часть частиц, образующихся приионном распылении, и основная доляпродуктов эрозии под действием униполярных дуг находится в ионизированном состоянии, поэтому образующиеся примеси могут попадать в при"стеночную плазму вдоль магнитногополя и диффундировать в объем удержания, Нейтральные атомы, такжеявляющиеся продуктом распыления коллекторных пластин, могут быть ионизированы во время своего движенияв плазме и вдоль магнитных силовыхлиний попасть в пристеночную .областьобъема удержания плазмы. Все это,приводит к снижению защитных функций дивертора торсатрона известных Целью изобретения является снижение уровня загрязнения плазмы,Эта цель достигается тем, что в диверторе торсатрона, содержащем тороидальную вакуумную камеру, охватывающую тороидальную камеру ло-. вушки торсатронаи сообщающуюся с ней через щели между винтовыми проводниками системы создания магнитного поля ловушки, а также коллектор, выполненный в виде пластин,пересекающих силовые линии магнитного поля и установленных в периферий"ной по отношению к винтовым провод-.никам части вакуумной камеры, пластины коллектора выполнены криволинейными, охватывающими проводникипо всей их длине, и имеют кривизну.меньше кривизны силовых линий магнитного поля в месте установки пластин.На чертеже приведен разрез вдоль большого радиуса тороидальной камеры ловушки. Дивертор торсатрона содержит вакуумную камеру (на чертеже не показана), магнитное поле (силовые линии магнитного поля 1) в которой создает"ся винтовыми проводниками 2, число3 1080которых (на чертеже три) определяетзаходность торсатрона. Проводникисоздают магнитное поле в тороидальной камере ловушки, охватывающейобласть, ограниченную сепаратрис- . 5сой 3. Коллектор выполнен в видекриволинейных .ппастин 4, охватывающих проводники по всей их. длине иимеющих кривизну, меньшую кривизнысиловых линий магнитного поля 1 в 1 Оместе установки пластин.Дивертор работает следующимобразом.После образования плазмы. в.камере ловушки накапливающиеся в 15ее периферийной области частицыпримесей в виде ионов при их движении вдоль силовых линий магнитного поля выделяются на пластинахколлектора 4. Так как вывод наружных силовых линий из ловушки в камеру. дивертора осуществляется повсей длине винтовых проводников,.то это определяет малую длину магнитных силовых линий в диверторном25слое и его малую толщину. Выполнениеколлектора в виде набора криволинейных пластин .с кривизной отличнойот кривизны магнитных силовых линий,создает условия при которых ионный ЗОкомпонент примесей, образующийся врезультате распыления пластины, возвращается на ее поверхность ввидуконечных размеров лорморовскогорадиуса ионов, нейтральный же компонент осаждается на противолежащуюповерхность соседней пластины, Материал пластины, распыляемый возникающими на ней униполярными дугами,так же как и нейтральные атомы, будет осаждаться на соседней пластинеи, следовательно, не попадает вплазму. Поскольку пластины коллектора расположены на каком-то расстоянии друг от друга в направлении, поперечном к магнитному полю, то некоторая часть материала пластин, распыляемого с участков поверхностей,близких к их краям, в основном в виденейтральных атомов, может не попасть 50на противостоящую пластину. Эти атомы,пересекая пространство диверторнойкамеры, заполненной плазмой, могутиониэоваться и попасть в пристеночную область плазмы, а затем в ре 650, 4зультате диффузии поперек магнитного поля - в основной объем плазмы либо вдоль силовых линий магнитного поля уйти на коллектор дивертора. Второй случай будет более вероятен, если эти атомы распыленного материала пластин будут двигаться в направлении от основного объема плазмы. Для этого в дивертор торсатрона пластины коллектора должны быть выполнены меньшей кривизны, чем кривизна магнитных силовых линий в месте установки пластин. Тогда магнитные силовые линии будут пересекать коллекторные пластины со стороны их вогнутости, что обеспечивает удаление распыпяемого материала коллекторных пластин в виде нейтралов в сторону от основного объема плазмы. Для достижения наибольшего положительного эффекта угол наклона магнитной силовой линии к поверхности коллекторной пластины в точке их пересечения выбирается из того условия, чтобы скорость большей части распьшяемых частиц, находящихся в ионизированном состоянии, в поперечном к магнитному полю направлении . имела бы большую составляющую скорости, чем составляющая скорости вдоль магнитного поля, При угле не превышающем 10 основная доля часо тиц будет уходить вдоль силовых линий магнитного поля на расстояние от распыляемой поверхности до свое- . го ларморовского центра по линии, перпендкулярной магнитному полю и роходящей через центр ларморовской кружности, которое меньше ларморовкого радиуса иона. В этом случае все подобные ионы возвратятся обратно на поверхность коллектора, где они образовались за промежуток времени, меньший периода ларморовского .обращения. Таким образом, изобретение позволяет снизить загрязнение плазмы в ловушке путем уменьшения потока частиц, образующихся в результате эрозии пластин коллектора, и соответственно повысить температуру плазмы в ловушке.