Инжектор топливных таблеток для термоядерных установок

(5 НОМИТЕТ СССРЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫ ПО ДЕЛАМ ИЗОБ фглитехнический.инста остер С, А. Пневмаеток водорода для торы для научных ис,4, с. 95 - 101. ьство СССР1/00, 1984,НЫХ ТАБЛЕУСТА НО В О К к энергетике я введения топ ры-токамаки, ТР и ИНТОР увеличение на(54) И НЖЕ ТОК ДЛЯ ТЕ (57) Изобре может быть и лива в термо том числе в Целью изобр КТОР ТОПЛИВРМОЯДЕР НЫХение относитсяспользовано длядерные реактотокамаки типа Оетения является(56) Милора С. Л., Фтический инжектор таблкамака 1 Я Х. - Прибоследований, т. 50, 197Авторское свидетел1126115, кл. б 21 В дежности инжектора путем упрощения его конструкции за счет уменьшения числа движущихся узлов. Систему подачи толкающего газа выполняют с возможностью перемещения вместе с зарядником в плоскости, перпендикулярной оси ствола. При этом обеспечивается постоянный тепловой контакт системы подачи газа с зарядником. При заполнении зарядника топливной таблеткой происходит заполнение камеры системы подачи газа такими же топливными таблетками, которые не испаряются в камере, поскольку она имеет температуру зарядника - 1 ОК благодаря постоянному тепловому контакту с ним. А при выстреле в камере, выполненной в виде импульсного плазмотрона, производится электродуговой разряд, который быстро испаряет и нагревает водород, из которого состоит топливная таблетка. Получившийся легкий газ ускоряет таблетку, расположенную в заряднике, 1 ил, 383450Изобретение относится к устройствам, используемым при исследованиях в области физики плазмы в связи с проблемой управляемого термоядерного синтеза, и может быть применено, в частности, для подпитки топливом установок типа токамак.Цель изобретения -- повышение надежности инжектора путем упрощения его конструкции за счет уменьшения числа движущихся узлов. 10На чертеже показан инжектор топливных таблеток.Предлагаемый инжектор содержит уст;ройстводля формирования таблеток, зарядник 2 с топливными таблетками 3, выполненный с возможностью соединения со 15 стволом 4 на время выстрела, систему 5 подачи газа с катодом-нагревателем 6, выполненную в виде импульсного плазмотрона, ,систему 7 синхронизации, систему 8 дифференциальной откачки, камеру 9 высокого давления, теплообменник 10, поршень 11 и контакты 12 цепи запуска плазмотрона.При заполнении зарядника топливной таблеткой происходит заполнение камеры 9 системы подачи газа такими же топливными таблетками, которые не испаряются в камере, поскольку она имеет температуру зарядника -10 К благодаря постоянному тепловому контакту с ним. А при выстреле в камере 9, выполненной в виде импульсного плазмотрона, производится электродуговой разряд, который быстро испаряет и нагревает водород (дейтерий), из которого состоит топливная таблетка. Получившийся горячий легкий газ ускоряет таблетку, расположенную в заряднике.Таким образом, в предлагаемой конструкции топливные таблетки представляют собой отвержденные легкие газы (водород, дейтерий), которые при нагреве до 1000 в 5000 К могут. быть использованы в легко- газовых пушках для ускорения таблеток до 3 - 5 км/с и более. Кроме того, камерасистемы подачи газа и меет возможность перемещаться вместе с зарядником как единое целое, так как это позволяет поддерживать высокую частоту инжекции таблеток в токамак,Инжектор работает следующим образом.Пары жидкого гелия, протекая через теплообменник 1 О, охлаждают блокформирования, зарядник 2 и камеру 9, В объем под поршнем 11 блока формирования таблеток напускают газообразный водород (дейтерий), который там сначала конденсируется в жидкость, а затем затвердевает, Поршень выдавливает цилиндрический стержень твердого водорода длиной, равной нескольким диаметрам канала ствола и отверстия зарядника (2 - 5 калибров). Этот стержень заполняет зарядник и попадает в камеру 9 системы подачи газа, имеющук температуру зарядника 2 - 10 К и выполненную в виде импульсного плазмотрона. По 25354050 команде с блока 7 синхронизации диск зарядника 2 поворачивается и отрезает тем самым таблетку от остального стержня, остающегося в камере 9 и в блоке формировании под поршнем 11. Зарядник перемещает таблетку и камеру плазмотрона к началу ствола 4, устанавливая таблетку точно напротив канала ствола. При этом катод 6 плазмотрона, имеющий температуру -10 К, замыкает контакты 12 цепи запуска плазмотрона, имеющие комнатную температуру, что приводит через 2 мкс к повышению температуры катода 6, а также твердого водорода (дейтерия), находящегося в камере 9.Давление насыщенного пара над твердым водородом повышается и достигает нескольких (О, -О) миллиметров ртутного столба. По команде с блока 7 синхронизации в камере 9 плазмотрона производится электродуговой разряд. Происходит пробой газового промежутка и дуга разогревает водород (дейтерий). По мере нагрева водорода происходит все большее его испарение, плотность газа возрастает, что способствует лучшему нагреву газа. Нагретый за время около 100 мкс газ ускоряет таблетку, расположенную в заряднике (и поэтому не подвергающейся испарению дугой разряда), в стволе 4.После вылета таблетки из ствола, газ откачивается системой 8 дифференциальной откачки 8, зарядник поворачивается и отсоединяется от ствола, Продолжая поворачиваться, зарядник 2 вновь соединяется со стволом, размещая новую таблетку в камеру плазмотрона напротив канала ствола. Формирование новой таблетки путем выдавливания готового стержня в зарядник и камеру производится в период выстрела, что способствует повышению частоты инжекции таблеток, так как происходит чередование камер и отверстий зарядника, непосредственно участвующих в выстреле, с камерами, охлаждаемыми после выстрела в период холостого хода к блоку формирования. Импульсный характер разряда в газе и контакта зарядника со стволом приводит к тому, что таблетка в заряднике не успевает испариться, стенки камеры нагреваются незначительно (общий теплоприток к камере и заряднику со стороны газа и ствола за один цикл инжекции составляет 2,5 - 10 Вт) и к моменту следующего заполнения топливом только что выстрелившей камеры (через 30 - 100 мкс) теплообмен с жидким гелием обеспечивает охлаждение камеры и зарядника до - 10 К. Длительность выстрела и откачки газа из ствола составляет. 30 - 100 с, а частота стрельбы таблетками 1 - 10 Гц, поэтому нагрев зарядника газом не успевает распространиться к месту расположения следующей таблетки в заряднике.Г 1 редлагаемый инжектор отличается от известного простотой своей конструкции;1383450 НИИПИ Заказ 918/52 Тираж 398 Подписноероизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,вместо пяти движущихся узлов имеется только два (зарядник 2 и поршень 11). Кроме того, ликвидирован клапан импульсной подачи газа в ствол, так как испарение твердой топливной таблетки в камере плазмотрона и нагрев газа происходит за время 50 в 1 мкс, что меньше времени открытия клапанов, используемых для подачи газа, имеющего высокие температуру и давление. Все это позволяет повысить надежность инжектора. При этом, изменяя параметры 10 разрядной цепи плазмотрона, можно управлять степенью испарения топливной таблетки и обеспечить плавное ускорение таблетки в стволе без начальных пиков высокого давления, присущих ускорению таблеток в других конструкциях инжекторов. Повышение надежности и упрощение конструкции инжектора позволит обеспечить непрерывную подпитку топливом опытного термоядерного реактора, а также реакторовтокамаков масштабов И НТОР Формула изобретенияИнжектор топливных таблеток для термоядерных установок, содержащий устройство для формирования таблеток, гелиевый теплообменник, теплоизолированный от остальных частей инжектора ствол, зарядник, выполненный с возможностью соединения со стволом на время инжекции, систему подачи газа с нагревателем, систему синхронизации, систему дифференциальной откачки, отличаощийся тем, что, с целью повышения надежности инжектора путем упрощения его конструкции за счет уменьшения числа движущихся узлов, система подачи газа выполнена с постоянным тепловым контактом с зарядником и с возможностью перемещения вместе с зарядником в плоскости, перпендикулярной оси ствола.