Устройство для инжекции таблеток твердого топлива в термоядерную установку

Изобретение относится к плазмен- ной технике, а точнее к устройствам .для ввода топлива в плазменные ловушки, и может быть использовано при разработке и создании крупных термоядерных установок.Известно устройство 11 для инжекции крупинок твердого топлива в термоядерную установку, содержащее криостат с жидким топливом, реактивное сопло, .ускоряющую трубку и выход, ной ствол. Скорость инжекции частиц твердого топлива в таком устройствеФсоставляет около 10 см/с. 1 О 5 20 25 30 35 40 Известно устройство для получения и ускорения дейтериевых таблеток, используемых в установках термоядерного синтеза, содержащее криостат, помещенную в корпус и сообщающуюся с криостатом металлическую обойму с отверстиями и ускоряющее устройство 2, принятое за прототип. В таком устройстве удалось повысить скорость таблеток 50 55 Однако для эффективного проникновения твердых крупинок топлива в плазменный шнур.крупных токамаков и стеллараторов необходимы скорости6инжекции порядка 10 см/с, .При меньших скоростях инжекции испарение и ионизация твердых частиц происходит на периферийных, холодных слоях плазмы, чтоприведет к уменьшению плотности центральной,. наиболее нагретой, части плазмы эа счет диффузии частиц поперек .плазменного шнура к стенке, Кроме того, для поддержания материального баланса плазмы термоядерной установки необходима либо инжекция крупинок, содержащих более 107 от общего числа частиц плазмы (т.е. крупинок большого диаметра), либо увеличение частоты их инжекции. Но ускорение частиц большого диаметра представляет собой трудную задачу вследствие недостаточной механической прочности твердого топлива с одной стороны, а с другой стороны инжекция крупных таблеток может привести к серьезным нарушениям устойчивости разряда. Следовательно, к инжектору крупинок твердого топлива предъявляются требования одновременного обеспечения4 многократности инжекции крупинок в секунду и сверхвысоких скоростей инжекции. дейтерия при входе их в плазменный объем до 10 м/с.Однако частота инжекции. крупинок твердого дейтерия в этом устройстве ограничена временем перемещения вращающейся обоймы от места старта таблетки к месту последующего заполнения обоймы твердым топливом. Целью изобретения является повышение эффективности ввода топлива в термоядерную установку путемувеличения частоты инжекции твердых таблеток иэ устройства в термоядерную установку.Поставленная цель достигается тем, что устройство для инжекции таблеток твердого топлива в термоядерную установку, содержащее криостат, помещенную в корпус и сообщающуюся с криостатом и ускоряющимустройством металлическую обоймус отверстиями, снабжено криостатом, обойма выполнена в виде пакета пластин, имеющих возможность перемещения одна относительно другой. В каждой иэ пластин выполнено по три отверстия равного диаметра, образующих каналы. Пластины в пакетемогутиметь форму прямоугольникаили кругаНа фиг. 1 изображено устройство, в котором пластины пакета выполнены в виде прямоугольника; на фиг. 2 устройство, в котором пластины пакета выполнены в виде круга, на фиг. 3 - то же, вид сверху.Пакет пластин 1 расположен в ме - таллическом корпусе 2. Криостаты 3с находящимся в них твердым топливом 4 сообщаются с каналами 5 и 6, Снару- . жи на криостаты 3 и на корпус 2 напаяны теплообменники 7 в виде трубчатой спирали, по которой прокачивается жидкий гелий. В верхней части криостатов располагаются поршни 8 и 9, при помощи которых твердое топливо подается в каналы 5 и 6.Пластины 1 и корпус 2 имеют по три равноудаленных друг от друга отверстия, расположенных на одной оси. В варианте предлагаемого уст-. ройства (фиг.2) отверстия одинаково удалены от оси вращения диска и расположены в вершинах равнобедренного треугольника. Отверстия образуют каналы 5 и 6 для ввода топлива и канал 10 дл ускорения движения1102 таблеток твердого топлива. С кана-.лом 10 сообщается ускоряющее устройство 11, например электроннаяпушка,Устройство работаетследующим об-,разом.При подаче жидкого гелия в теплообменники 7 корпус 2 и криостаты 3охлаждаются, по достижении рабочейтемпературы (5 К) в криостатах 3отверждается топливо 4, напримердейтерий или тритий. При помощипоршня 8 твердое топливо заполняетканал 5, канал 6 при этом остаетсясвободным. Затем верхняя пластинапакета 1 перемещается вправо на .длину, равную расстоянию между каналами 5 и 10, При этом отверстиеверхней пластины, заполненное твердым топливом, устанавливается вускоряющем канале 10, а отверстие,ранее сообщающееся с каналом 10,совмещается с каналом 6. Включаетсяускоряющее устройство и таблеткатвердого топлива выстреливается 25в плазменный объем термоядерной установки. Одновременно с включениемускоряющего устройства поршень 9 начинает выдавливать .твердое топливов канал 6. Затем последовательно,одна за другой, перемещаются вправоостальные пластины пакета и также 10 30 последовательно. выстреливаются в канале 10.переносимые пластинами таблетки, заполнявшие ранее канал 5. За .это время происходит заполнение35 твердым топливом канала 6, причем скорость этого заполнения выбирается такой, чтобы в момент, когда в канале 10 установится таблетка 11 -й пластины, в канале 6 заполнилась топливом (И)-я пластина. После вы-. стреливания последней (Ч-Й) таблетки заполняется топливом полностью , канал 6, и устройство возвращается в исходное состояние, с той лишь разницей, что теперь все пластины . перемещены вправо иканал 6 заполнен топливом, а канал 5 свободен. Затем устройство продолжает работать в обратном порядке и так далее.Устройство, изображенное на фиг.2 работает аналогично. Устройство отличается тем, что обойма в нем набра-на из круглых дисков.1, и подача топлива из каналов 5 и 6 в канал 10+ьфьф - пСледовательно, частота инжекции таблеток твердого топлива в предлагаемых устройствах возрастает в три раза по сравнению с прототипом (при и У 1), что приведет к повышению эффективности ввода топлива в.термоядерную установку. 4Применяя те же обозначения и масштабдля прототипа, имеем 389 . 4осуществляется за счет вращениякаждого диска вправо и влево вокру 1 своей оси на угол, равный угловому расстоянию между каналами 5 и 10 или 6 и 10.Оценим частоту инжекции таблеток твердого толпива в предлагаемом устройстве. Время, затрачиваемое на работу одного цикла (инжекцииИ таблеток) устройства, составит1 п( в 1 р где И - число пластин (дисков),время перемещения каждойпластины (диска) на расстояние между каналами 5 и 10(или 6 и 10);в - время действия ускоряющегоустройства;- время заполнения топливомотверстия одной пластиныПоследний член в правой части равенства обусловлен тем, что, как уже указывалось, скорость подачи поршней 8 и 9 выбирается такой, чтобы заполнение канала 6 (,5) запаздывало относительно времени действия одного цикла работы устройства на величину 1 , Причем для нормальной работы устройства необходимо, чтобыв противном случае либо часть топлива будет теряться (11 И ), либо процесс .заполнения каналов 5 или 6 будет отставать ( 1) 1), что приведет к снижению эффективности работы устройства. ПО Видииому 1( 1 ри им можно пренебречь, тогда 1 = (п+1), а частота инжекции1102389 актор Л,Утехина Техред А.Кикемезей Корректор; Г.Решетн 3 о ПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 или 7036/3 ВНИИПИ Гос по делам 113035, Москва, Тираж 407 дарственногоизобретений и Ж, Раушска Подпомитета СССРоткрытийнаб., д, 4/5