Первая стенка плазменной установки

О П И С А Н И Е (1)782553ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(43) Опубликовано 23.01,82, Бюллетень3 Государственный комитет но делам изобретений и открытий(45) Дата опубликования описания 23,01.82(71) Заявитель Научно-производственное объединение Энерги ЛАЗМЕННОй УСТАНО(54) ПЕРВАЯ СТЕ асти плаз спользова те моя е Изобретение относится к облменной техники и может быть ино при осуществлении реакции р д рного синтеза,В связи с необходимостью уменьшить поступление в горячую водородную плазму примесей тяжелых элементов,. которые дают сильное излучение и охлаждают плазму, в термоядерных установках принимают специальные меры для защиты первой стенки от разрушения,Известна первая стенка плазменной установки, в которой создана система натекателей и система отверстий 1. Через натекатели в пристеночную область подают рабочую смесь и одновременно через отверстия отсасывают ее вместе с нейтральными примесями.Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является конструкция первой стенки плазменной установки, содержащей секции из растворяющего рабочую смесь материала и средства создания раствора рабочей смеси в ней 21.Кольцевые секции изготовлены из материала с повышенной способностью к насыщению рабочей смесью и собраны так, что между ними образованы сообщающиеся с коллектором отсоса щели. Рабочую смесь нодают непосредственно из кольцевых секции первои стенки и отсасывают вместе снейтральными примесями через щели., Сравнительно большая степень чистотыплазмы достигается тем, что около первой5 стенки создают холодный защитный, слойиз непрерывно прокачиваемой рабочейсмеси,Недостатком известной конструкции является то, что параметры защитного слоя16 (температуру, плотность, толщину), определяющие его эффективность, трудно регулировать и стабилизировать, поскольку дляэтого необходимо согласованное изменениескоростей подачи и отсоса рабочей смеси.15 Кроме того, требуется мощное дополнительное оборудование для откачки боль-ших потоков газа",в том числе опасного идорогостоящето .радиоактианого чрития,когда последний входит 1 в состав рабочей20 смеси.Цель изобретения - повышение надежности защиты первой стенки плазменной установки путем упрощения регулировки параметров защитного слоя и повы 25 шение радиационной безопасности.Цель достигается тем, что первая стенка,плазменной установки, содержащаясекции из растворяющего рабочую смесьматериала и средства создания растворарабочей смеси В ней, ВьПолнена и лютслоев, причем внутренний слой полностью"выполнен из материала, растворяющегорабочую смесь, а наружный - из материала, непроницаемого для этой смеси и снабЙейа средством для регулирования еетемпературы. Средство для регулирования температуры первой стенки может быть= выполнено в виде размещенного снаружистенки трубопровода для прокачки теплоносителя.Устройство позволяет при нагреве предварительно пропитанной рабочей смесью стенки создать защитный слой, параметры которого, определяющие эффективность его защиты, легко регулируются за счет изменения температуры первой стенки.Кроме того, рабочий объем ограничен непроницаемым наружйым слоем первой стенки, в силу чего рабочая смесь замкнута в нем. Это позволяет повысить радиационную безопасность и исключить потери радиоактивного трития.Для заполнения рабочего объема газовой рабочей смесью температуру первой стенки устанавливают равнои Т,В состоянии термодинамического равновесия раствора и газа плотность газовой рабочей смеси и, при созданной во внут реннем слое первой стенки плотности раствора Жопределяется только температурой. Поэтому необходимую плотность атомов рабочей смеси в рабочем объеме получают соответствующим выбором температуры Т.,. После включния-магнитного поляв ходе нагрева газовой рабочей смеси температуру первой стенки увеличивают и по достижении рабочего режима первую стенку термостатируют при температуре Т,.,.При этом поток газа, выделяемого из внутреннего слоя первой стенки в рабочий объем, равен потоку атомов и ионов (последние нейтрализуются), поглощаемому им. Это состояние кинетического равновесия при изменяющейся плотности раствора Мполностью определяется температурой Т, и плотностью потока тепла Я, выносимого из плазмы атомами и ионами. Так как величина Я задана, например, интенсивностью реакций синтеза и отношением объема термоядерной плазмы к поверхности первой стенки, то параметры, плазмы непосредственно у первой стенки регулируют соответствующим выбором температуры Т Слой плазмы, прилегающий к первой стенке, должен предохранять ее,от распыления, возникающего при прямом койтакте с горячей плазмой и бомбардировке ее быстрыми атомами, которые образуются в горячей плазме и свободно проходят поперек удерживающего ее магнит ного поля. Указанными свойствами обла- дает защитный слой низкотемпературной " плазмы с вполйе определейййми" темпера(произведение толщины слоя плазмы Я наее плотность). Быстрые атомы не смогутдостичь первой стенки, если они будутйерезаряжаться на ионах,защитного слоя.На чертеже представлен вариант термоядерного реактора при таком положенииподвижной заслонки, когда щель открытадля откачки рабочего объема.В термоядерном реакторе в качестве10 рабочей смеси используют смесь изотоповводорода.Устройство содержит тороидальную вакуумную камеру 1, первая стенка 2 которойвйполиена из двух слоев. Внутренний слой15 выполнен из материала, хорошо растворяющего изотопы водорода, например из титана. Наружный слой 3 выполнен из материала, непроницаемого для изотопов водорода, например нвржавеющей стали. Щель20 4, сообщающаяся с коллектором отсоса 5системы откачки, закрыта подвижной заслонкой 6. Клапан 7 служит для подачи ра- .бочей смеси с целью создания,раствораизотопов водорода в титане. Трубопроводы8 служат для протока теплоносителя, регулирующего температуру первой стенки.Устройство работает следующим образом,В титановом слое первой стенки создаютМ раствор рабочей смеси,для чего открываютклапан 7 и вводят в предварительно откачанный замкнутый рабочий объем (щель 4после откачки закрыта подвижной заслонкой 6) смесь изотопов водорода. За время35 порядка двух минут в слое титана толщиной 0,1 см при температуре 750 С и давлении рабочей смеси около 50 торр образуетея раствор с плотностью атомов изотоповводорода М, = 5 10" см -. После этого4 о клапан 7 закрывают и переводят в рабочийцикл. Сначала в рабочем объеме создаютрабочую плотность смеси изотопов водорода, Например, если плотность плазмы вцентральной области тремоядерного реак 45 тора должна быть 2 104 см - з, то температуру первой стенки устанавливают равнойТ, = 300 С. После включения магнитногополя в ходе нагрева газа в рабочем объеметемпературу первой стенки увеличивают и50 по достижении рабочего режима, когда изтермоядерной плазмы на первую стенкуидет поток тепла, плотность Я которого лежит, например, в диапазоне 10 ( Я -":-;50 вт см - -", первую стенку термостати 55 руют соответственно в диапазоне температур Т, = 330 - 400 С. При таком выборетемпературы Т-., плазма около первой стенки имеет следующие параметры: температура То = 1,5 эв, плотность и = 4 - 7 Х60 Х 1015 ам -, Толщинапристеюного слояплазмы, в котбром прирост температурысравнительно мал, составляет Х=(2 - 1) см,Такой защитный слой низкотемпературнойплазмы предохраняет первую стенку от раси цянии пабочего режиматемпературу первой стенки понижают, так что большая часть непрореагировавшей рабочей смеси конденсируется в стенку. Например, чтобы плотность молекул изотопов водорода в рабочем объеме реактора не 5 превышала 3 10" см -(этосоответствует рабочему вакууму с давлением остаточного газа около 10 - торр), температуру первой стенки понижают до Т,=120 С. Затем с помощью подвижной заслонки 6 открывают 10 сообщающуюся с коллектором отсоса 5 щель 4, а после окончания откачки рабочего объема от продуктов реакции щель 4 закрывают и начинают следующий рабочий цикл. В процессе работы установки внут ренний слой первой стенки обедняется рабочей смесью. Медленное падение плотности раствора компенсируют тем, что постепенно повышают температуры Т, и Т, и таким образом вырабатывают большую 20 часть растворенной смеси. После этого во внутреннем слое первой стенки снова создают раствор рабочей смеси.Преимущество устройства заключается в том, что защитный слой надежно предо храняет плазму от загрязнения сильно излучающими тяжелыми примесями, так как его параметры хорошо стабилизируются и регулируются сравнйтельно небольшим изменением температуры первой стенки. Кро ме того, облегчается работа с радиоактивными и дорогими изотопами, уменьшается радиационная опасность и загрязнениеокружающей среды,Формула изобретения1. Первая стенка плазменной установки, содержащая секции из растворяющего рабочую смесь материала и средства создания раствора рабочей смеси в ней, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности защиты первой стенки путем упрощения регулировки параметров защитного слоя и повышения радиационной безопасности, первая стенка выполнена из двух слоев, причем внутренний слой полностью выполнен из материала, растворяющего рабочую смесь, а наружный - из материала, непроницаемого для этой смеси, и снабжена средством для регулирования ее температуры.2. Устройство по п. 1,отл ич а ющеес я тем, что средство для регулирования температуры первой стенки выполнено в виде размещенного снаружи стенки трубопровода для прокачки теплоносителя.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1, Кисеаг Риыоп, ч. 8,3, 1968, р. 173, 2, Авторское свидетельство СССР464987, кл. Н 05 Н 1/02, 14.10.71 (прототип).782553 Составите ковлев ейфиц Редакт Кук Корректор С. файн хр Тип, Харьк. фил, пред. Патен Заказ 29/37 Йзд. 1 Чо 103 НПО Поиск Государственного ком13035; Москва, Ж Тираж 4ета СССР по делам