Индуктор токамака

(56) 1 термояд М 196 УправляемыФизматгиз,2. Галиев М Дьяченко К.К. и ческие характер тальной термояд "Токамак". "А т,17, вып. 4, с устовновныеэкспер А.,дрстих.К., техн м установ энерги 1964. н томна ик магенного ш итопровод щимся в ра, серд с радиу висимости змеи высо о в о ика сим ы серде тороны о акону плоск по медианно ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТИ(54)(57) 1. ИНДУКТОР ТОКАМАКА, состоящий из магнитопровода переменног сечения с центральным круглым сердечником, обмоток предварительного намагничивания и нагрева плазмы, расположенных на магнитопроводе, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью ликвидации неравномерного насыщения сердечника, увеличения по лезного магнитного потока и уменьшения полей рассеяния в зоне плаз - радиус сердечника вмедианной плоскостимагнитопровода;- расстояние по высотесердечника, отсчитываемое в обе стороны отмедианной плоскости,Во - максимальная индукцияв сердечнике в медианной плоскости,В (21 - средняя индукция потоГРка рассеяния на границе воздух-железо нарасстоянии Л от медианной плоскости.2. Индуктор по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью упрощения конструкции, сердечник выполненсо ступенчато изменяющимся радиусом,причем шаг ступени по высоте 2, выбран таким, чтобыприращение порадиусу составляло на каждом шаге(0,03-0,1) "о в зависимости от индукции В (2потока рассеяния.3. Индуктор по п.2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что с цельюупрощения изготовления и монтажаустановки сердечник выполнен изнабора отдельных элементов.1Изобретение относится к термоядерным реакторам синтеза, а более конкретно - к термоядерным установкам типа токамак, предназначенным для удержания и нагрева плазмы при исследованиях управляемых термоядерных реакций.Известны безжелезные (воздушные) индукторы токамаков, имеющие в своем составе обмотки нагрева плаз- мы, по которым пропускается ток е целью создания изменяющегося во времени магнитного потока, который, замыкаясь вокруг тороидальной разрядной камеры с ионизованным газом, индуцирует вихревое электрическое поле, в результате чего происходит электрический пробой в газе и образуется плазменный шнур. Протекающий по плазме ток производит ее нагрев до высоких температур 1 1 ,Безжелезные индукторы требуют болЬших затрат мощности на проведе" ние магнитного потока по магнитной цепи и создают нежелательные магнитные поля рассеяния в зоне плазменного шнура и вокруг установки. Для повышения экономичности установки и уменьшения полей рассеяния применяют индукторы с ферромагнитным замкнутым магнитопроводом.Известен также индуктор токамака, состоящий из магнитопровода переменного сцепления с центральным круглым сердечником, обмоток предварительного намагничивания и нагрева плазмы, расположенных на магнитопроводе Г 21. 55 п п ка, котора свою очер Диаметр центрального сердечника магнитопровода, с целью улучшения одного из главных параметров установки - уменьшения аспектового отношения Р(м (где а и Й - соответственно малый и большой радиусы плазменного шнура), сделан мини" малько возможным по условиям прохождения потока через сердечник, а размеры поперечного сечения балок и отсек замкнутого магнитопровода выбраны в 1,5-2 раза больше поперечного сечения сердечника, чтобы сопротивление магнитному потоку, проходящему через эти участки, было незначительным.Конечная температура нагрева плазмы зависит от длительности ротекания в ней нагревающего ее 701356 2 зависнт от величины изменяющегося магнитного потока, связанного с плазменным шнуром. Величина этого магнитного потока зависит от зна чений начальной и конечной индукций в сердечнике, и потому может быть увеличена за счет предварительного намагничивания при помощи специальной обмотки. При прохождении тока 10 по обмотке индуктора происходит перемагничивание сердечника. При этом за счет раэмагничивающего действия тока плазмы индукция в сердечнике постоянного сечения не одина кова по высоте. В зоне расположения обмоток индуктора сердечник магнитопровода насыщается, в то время как в центральной области сердечника железо далеко от насыщЕния Увели читьиндукцию средней части цилиндрического сердечника и, тем самым, увеличить магнитный поток, проходящий через сердечник и сцепляющийся с плазмой, на сколько-нибудь сущест венную величину при локальных насыщениях сердечника в зоне расположения обмоток практически невозможно без значительных дополнительных энергозатрат. Увеличивать же маг нитный поток за счет увеличения диаметра сердечника нежелательно в связи с ухудшением в этом случае аспектового отношения РЯ и уменьшением пространства для размещения конструктивных элементов установки. Кроме того, увеличение индукции насыщения в сердечнике с постоянным сечением приводит к нежелательному возрастанию полей рассеяния в облас- . 40 ти плазменного шнура.Цель изобретения - ликвидация неравномерного насыщения сердечниками, увеличение полезного магнитного потока, уменьшение полей рассеяния 45 в зоне плазменного шнура, упрощение конструкции сердечника и упрощение изготовления и монтажа установки.Это достигается тем, что сердечник магнитопровода выполнен с радиусом, изменяющимся в зависимости от высоты сердечника симметрично в обе стороны от медианной плоскости по законугде р - радиус сердечника в медианной плоскостимагнитопровода,- расстояние по высотесердечника, отсчитываемое от медианной плосВВо - максимальная индукцияв сердечнике в медианной плоскости,Йг Р 1 - средняя индукция пото-гРка расстояния на границе "воздух-железо"на расстоянии 2 отмедианной плоскости.Кроме того, сердечник выполненсо ступенчато-изменяющимся радиусом,причем шаг ступени по высоте Я выбран таким, чтобы приращение по радиусу составляло на каждом шаге(0,003-0,1) го в зависимости отиндукций Вр (Л 1 потока рассеяния и, кроме того, сердечник выполнен из набора отдельных элементовНа фиг.1 изображен предлагаемыйиндуктор, общий вид; на фиг,2 - тоже, в другом исполненииНа магнитопроводе 1 переменногопо длине силовой линии поперечногосечения размещены обмотка 2 нагреваи обмотка 3 предварительного намагничивания магнитопровода. Магнитопровод содержит сердечник 4 переменного по высоте сечения с радиусом, определяемые законом (1),блока5 и стойки 6.В другом исполнении (фиг.2) сердечник выполнен из набора цилиндрических элементов, радиус и высотакоторых изменяются ступенчато всоответствии с законом (1),причем шаг ступени по высоте соответствуетприращению радиуса на величину(0,03-0,1)1 в зависимости отиндукции потока рассеяния В (2),Предлагаемый индуктор работаетследующим образом.Обмотка 3 предварительного намагничивания замыкается на источникпитания (на чертеже не показано), 10 и производится намагничивание магнитопровода 1 например, до значенийиндукции , " - 1,9 Х, Производится. наполнение лайнера (на чертежене показано) смесью изотопов водо рода .и предварительная ионизация га"зовой смеси. Обмотка 2 нагрева плазмы замыкается на истоЧник питания,и проходящий по обмотке ток создаетмагнитный поток в магнитопроводе, 20 перемагничивающий его до положительных значений индукции. При изменении магнитного потока образуетсявихревая ЭДС, приложенная к плазме,в которой происходит пробой и начи нает протекать ток по образовавшемуся плазменному тороидальному шнуру. Предлагаемая форма исполнения1 сердечника позволяет выравнять ин 1З 0 дукцию в сердечнике и, тем самым,снизить магнитное сопротивлениемагнитопровода, что, в свою очередь,дает возможность увеличить магнитныйпоток, проходящий по сердечнику, з примерно на 407 (при индукции вцентре сердечника 1,9 Т ) без дополнительного увеличения ампер-витковобмоток индуктора. При этом уменьшается уровень рассеяния полей, свя занных с выпучиванием с сердечника701356 Тяск Коррек ьманТехред м Надь дактор Л аказ 240 е 4 лиал ППП "Патент", г. Уагород, ул. Проектная,4 Тирах 414 ВНИИПИ Государстве по делам изобрет 3035, Иосква, ЖПодпис ого комитета СС ий и открытий Раушская наб.,