Термоядерная установка

Предлагаемое изобретение относит ся к области термоядерного синтеза и может быть использовано при разработ" ке установок управляемого термоядер ного синтеза.Известна термоядерная установка стеллараторного типа с трехмерной магнитной осью, содержащая вакуумную камеру, средства создания и поддержа ния в ней плазмы, а также магнитную систему. Установка содержит восьмипериодный винтовой соленоид, смонти- рованный на вакуумной камере.Недостатком такого решения являчется то, что в качестве элемента, определяющего взаимное расположение катушек соленоида, используется вакуумная камера, которая из-за своей слож-, ной пространственной конфигурации . 20 не позволяет выдержать расчетную ориентацию витков соленоида. Кроме этого, ограниченная толщина вакуумной камеры.не может обеспечить желаемую прочность электромагнитн 6 й системы. 25 Вакуумная камера состоит из дискретных тороидальных секторов различной кривизны и поэтому катушки винтового соленоида на ней закреплены с различным смещением,. Это снижает техно логичность изготовления и сборки установки, усложняет юстировку катушек соленоида.Ближайшим техническим решением к предложенному является термоядерная установка, содержащая в качестве опорного элемента силовой каркас, магнитную систему, состоящую из катушек, образующих винтовой тороидальный соленоид, разъемные бандажи, 40 обеспечивающие крепление магнитной системы к силовому каркасу, винтовую тороидальную вакуумную камеру, расположенную внутри магнитной системы, и средства для создания плазмы в вакуумной камере. Силовой каркас установки выполнен в,виде винтовой тороидальной опоры (ВИНТОП) из сплошной (монолитной) без внутренних дефектов заготовки. По всему тору фрезируются плоские установочные пло-. щадки, которые относительно друг друга имеют угловые смещения в трех координатных направлениях. Ориентация площадок ВИНТОП должна быть выполнена с такой же степенью точности, которая требуется для стеллараторных магнитных систем. На этих площадках размещаются бандажи с катушками, образующие винтовой тороидальный соленоид.Недостаток известного технического решения заключается в том, что силовой каркас установки в виде винто" вой тороидальной опоры (ВИНТОП) очень труден в изготовлении. Главная сложность ВИНТОП - это фрезеровка плоских посадочных площадок, которые ориентированы в пространстве по трем направлениям. Существующие в настоящее время фрезерные станки без сложных специальных приспособлений с не-абходимой точностью изготовить такую деталь не могут. Для изготовления ВИНТОП необходима специальная, очень большая заготовка в виде тора без внутренних дефектов, получение которой является сложной технологической проблемой.Цель изобретения. - упрощение конструкции установкиПоставленная цель достигается тем, что в термоядерной установке, содержащей в качестве опорного элемента силовой каркас, магнитную систему,. состоящую из катушек, образующих винтовой тороидальный соленоид, разъемные бандажи, крепящие магнитную систему к силовому каркасу, винтовую тороидальную вакуумную камеру, расположенную внутри магнитной системы, и средства для создания плазмы в вакуумной камере, силовой каркас выполнен. в виде кольца прямоугольного сечения с проточками для крепления бандажей, ориентированными в радиальном направлении, при этом каждый бандаж выполней в виде двух полуколец и снабжен размещенным в другой плоскости опорным выступом с пазом, выполненным под углом к вертикальной оси байдажа, причем в направлении обхода силового каркаса в каждом бандаже угол между направлением паза в опорном выступе и вертикальной осью бандажа и угол между плоскостью полукольца бандажа и плоскостью опорного выступа монотонно изменяются. Таким образом, предложенное техническое решение позволяет упростить изготовление силового каркаса: не используется монолитная и качественная заготовка в форме тора; вместо изготовления плоских площадок для установки бандажей с витками, одновременно ориентированных в трех координатных направлениях, на каркасе протачивается одна проточка, ориентированная в одном направлении, а два других направления перенесены на бандажвитка.На фиг, 1 схематично показана система ориентации витков магнитной ловушки с пространственной осью; на фиг. 2 представлен общий вид термоядерной установки; на фиг. 3, 4 - силовой каркас установки;на фиг. 5 - 10 магнитная ловушка; на фиг, 6,7,8- полукольцо бандажа магнитной ловушки в трех видах.Вращением окружности радиусом г=ОА в плоскости, нормальной к оси 15 симметрии, по радиусу К=00 (К 1, 2, 3,) образована поверхность тора (фиг. 1), на которой расположена ось магнитной ловушки в виде винтовой линии с заданным числом периодов Б. На оси в,точках А находятся центры витков пространственного соленоида. Вертикальная плоскость через точку А и ось симметрии относительно плосккости, выбранной как начальная (нулевая), образует угол с, который ориентирует виток соленоида в радиальном направлении. Радиус малой окру- ности г в точке А образует с плоскостью, в которой лежит круговая ось тора, угол Я, определяющий положение центра витка соленоида в вертикальном направлении, Таким образом,углы С и 6, радиусы тора г и К. уКазывают положение центра К-го витка, т.е. точки А на оси ловушки. Ориен 35 тацню витка соленоида вдоль оси магнитной ловушки определяет .угол к образуемый плоскостью Чк и плоскостью Т, которая перпендикулярна оси40 магнитной ловушки в точкеА. Эта ,точка А одновременно принадлежит плоскостям Ци Т Их соответствующиенормальные векторы ь и с , вос-, становленные в точке А, тоже образуют угол е . Следует указать, что на первом полупериоде этот угол из-. меняется от 0 до 7/2, а на втором - . от фВ/2 до О. Таким образом, поворот плоскости К-го витка в точке А иа угол ы обеспечивает витку положение,50 при котором его плоскость будет направлена вдоль оси магнитной ловушки. Термоядерная установка (фиг, 2) содержит инжектор 1 нейтральных час 55 тиц, винтовой торондальньй соленоид 2, силовой каркас 3, блок 4 внутренней откачки. Силовой каркас 3 установки(фиг. 3,4) выполнен в виде кольцапрямоугольного сечения, круговая оськоторого совпадает с осью торца(фиг. 1). На этом каркасе собираетсямагнитная ловушка. Проточки 5 на нейобеспечивают ориентацию бандажей свитками ловушки в радиальном направлении по углу сНа фиг. 5 показана собранная магнитная ловушка. Бандаж, состоящий из двух полуколец 6 и 7 с витком 8,своим опорным выступом 9 помещается всоответствующей проточке 5 силовогокаркаса 3.Хомутик 10 и винты 11 фиксируютположение бандажа на каркасе. Последовательный ряд установленных бандажей с витками образуют винтовой соле-,ноид магнитной ловушки, внутри которого размещаются изолирующие кольца12 с винтовыми проводниками 13 и вакуумная камера 14. Одно из полуколецбандажа (фиг. 6-8) имеет опорный высту 9 с пазом 15, направленный под углом Ок к вертикальной оси бандажа,Кроме этого, плоскость полукольца 6повернута относительно плоскостиопорного выступа 9 на угол М (фиг. 1)Центр бандажа отстоит от центра. паза опорного выступа на расстоянии г.Сборка установки производится сле- дующим образом. На силовом каркасе 3закрепляются специальными хомутами10 полукольца б бандажа с опорнымвыступом 9. В результате получается .винтовой желоб, в который укладываются винтовые проводники 13 и вакуумная камера 14, состоящая из секций и принимающая винтовую форму за счет сильфонных вставок. Перед укладкой в желоб отдельной секции вакуумнойкамеры необходимо произвести ряд поп;готовительных операций в следующей по" следовательности, На секции камерыприкреплены в процессе изготовления изоляционные кольца 12, фиксирующие ,положение камеры 14 внутри соленоида и положения винтовых проводников 13, придавая,нм определенную ориентацию. На каждое изоляционное кольцо 12 на камере 14 надевается виток, Таким об- разом собранная секция укладывается в желоб и стыкуется со следующей, секцией камеры и так до полной сборки. Затем укладываются в изоляционное,кольцо 12 остальные винтовые проводники, В последнюю очередь присоединяются опорные полукольца бандажа.Винты 16 стягивают оба полукольцабандажа,Предлагаемая установка работаетследующим образом, После приготовления рабочей смеси газов в вакуумнойкамере соленоид продольного поля подключается к источнику питания. К двумвинтовым проводникам, расположенным 1 Одиаметрально, подключается конденсаторная батарея с энергозапасом, достаточным для ионизации газа и предварительного нагрева плазмы до100 эВ посредством вихревого электрического поля, возникающего вдольоси. Одновременно в винтовом соленоиде повышается магнитное поле доуровня удерживающего, В этот же момент включается система дополнитель-. 20ного нагрева плазмы: СВЧ-генераторыи инжекторы нейтральных частиц. Далее происходит удержание плазмы стермоядерными параметрами.В настоящее время создается термоядерная установка с пространственноймагнитной осью описанной конструкции.Она имеет следующие параметры: большой радиус К=40 см, малый радиусг 12 см, Е = - =0,3. Угол(, опреде-,ляющий ориентацию витка в радиальномнаправлении, и угол Ц , определяющийположение витка соленоида в вертикальном направлении, монотонно изменяются на периоде от О до 21 . Угол35 М, определяющий ориентацию витка .вдоль оси магнитной ловушки, изменяется на периоде от 53 до 7 1 12.Число периодов магнитной ловушки Н б. Для данной установки рассчитан-. ное значение 3 (отношение газокинетического давления плазмы к давлению магнитного поля) составляет 227., угол вращательного преобразования на одном периоде равен 0,93 в.Преимущество данного технического решения в сравнении с известным заключается в упрощении реализации: для изготовления силового каркаса используют простые кольца прямоугольного сечения; для изготовления ориентирующих площадок. на силовом каркасе не нужен очень сложный (видимо, уникальный) с тремя степенями свободы фрезерный станок или специальные трехкоординатные тиски, достаточно иметь широко распространенный фрезерный станок.По сравнению с базовым обЪектом. предложенное техническое решение обладает следующими преимуществами: .более высокое значение 3 =223 (у базо-, вого объекта 3 =8,8 Х) и большое вращательное преобразование на периоде в =0,933 (в базовом объекте К- = =О,б 5 ), что существенно улучшает. условия удержания горячей плазмы; бо" лее простая конструкция силового каркаса; большая точность изготовления магнитной системы.1101037 Составитель Ю. АлмазовРедактор Н. Сильнягина Техред М,Дидык рректор И. Му аказ 744 Подписнота СССРтнйаб., д. 4/5 и11303 ият Тираж 395 Государственного комит елам изобретений и отк осква, Ж, Раушская роизводственно-полиграфическ г. Ужгород, ул. Проектная,