Индуктор токамака
Патент 701356
Авторы
Классы МПК
Индуктор токамака
Иллюстрации
Реферат
1. ИНДУКТОР ТОКАМАКА, сос- ТОЯ1ЦИЙ из магнитопровода переменного сечения с центральным круглым сердечником, обмоток предварительного намагничивания и нагрева плазмы, расположенных на магнитопроводе, отличающийся тем, что, 'с целью ликвидации неравномерного насыщения сердечника, увеличения полезного магнитного потока и уменьшения полей рассеяния в зоне плазменного шнура, сердечник магнитопровода с радиусом, изменяющимся в зависимости от высоты сердечника симметрично в обе стороны от медианной плоскости по закону^^гр(^^^с^^tcUi*«^on+-8о-^где':ов.6^(Z)радиус сердечника в медианной плоскости магнитопровода; расстояние по высоте сердечника, отсчитываемое в обе стороны от медианной плоскости} максимальная индукция в сердечнике в меди'ан-НОЙ ПЛОСКОСТИ',средняя индукция потока рассеяния на границе воздух-железо на расстоянии Z от медианной плоскости.2.Индуктор ПОП.1, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, сердечник выполнен со ступенчато изменяюпщмся радиусом, причем шаг ступени по высоте 2 выбран таким, чтобы" приращение по радчусу составляло на каждом шаге
СОЮЗ СОВЕТ, И
РЕСПУБЛИИ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTOPGHOIVlY СВИДЕТЕЛЬСТИ .К. гс(2! =" (21) 2637128/18-25 (22) 28.07.78 (46) 30.03.84. Бюл. № 12 (72) Н.А. Моносзон, В.П. Муратов, Г.Н. Самсонов, Г.Ф. Чураков (53) 621.384.6 (088.8) (56) 1. Арцимович Л.А. Управляемые термоядерные реакции. Физматгиз, М., 1961, 2. Галиев М.А., Густов Г.К., Дьяченко К.К. и др. Основные технические характеристики экспериментальной термоядерной установки
"Токамак-3". "Атомная энергия", т.1?, вып. 4, с. 287, 1964. (54) (57) 1. ИНДУКТОР ТОКАМАКА, состоящий из магнитопровода переменного сечения с центральным круглым сердечником, обмоток предварительного намагничивания и нагрева плазмы, расположенных на магнитопроводе, отличающийся тем, что, с целью ликвидации неравномерного насыщения сердечника, увеличения полезного магнитного потока и уменьшения полей рассеяния в зоне плазменного шнура, сердечник магнитопровода с радиусом, изменяющимся в зависимости от высоты сердечника симметрично в обе стороны от медианной плоскости по закону.Я . 5 А
3сЮС21В100 где г0 — радиус сердечника в медианной плоскости магнитопровода;
Z — расстояние по высоте сердечника, отсчитываемое в обе стороны от медианной плоскости, Во — максимальная индукция в сердечнике в медИанной плоскости1
Я (Z} — средняя индукция пото-,Е
Гр ка рассеяния на границе воздух-железо на расстоянии Z от медианной плоскости.
g. Индуктор по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения конструкции, сердечник выполнен со ступенчато изменяющимся радиусом, причем шаг ступени по высоте 2, выбран таким, чтобы приращение по. радиусу составляло на каждом шаге (0,03-0,1) "о в зависимости от индукции Вг. (ZI потока рассеяния.
3. Индуктор по п.2, о т л ич а ю шийся тем, что с целью упрощения изготовления и монтажа установки сердечник выполнен из набора отдельных элементов.
Изобретение 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 j, 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 2|.
;() =
Диаметр центрального сердечника магнитопровода, с целью улучшения одного из главных параметров установки — уменьшения аспектового отношения R(ot (где а и К вЂ” соответственно малый и большой радиусы плазменного шнура), сделан минимально 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 протекания в ней нагревающего ее потока, которая, в свою очередь
701356 2 зависнт от величины изменяющегося магнитного потока, связанного с плазменным шнуром. Величина этого магнитного потока зависит от зна5 чений начальной и конечной индукций в сердечнике, и потому может быть увеличена за счет предварительного намагничивания при помощи специальной обмотки. При прохождении тока по обмотке индуктора происходит перемагничивание сердечника. При этом за счет раэмагничивающего действия тока плазмы индукция в сердечнике постоянного сечения не одина15 кова по высоте. В зоне расположения обмоток индуктора сердечник магнитопровода насыщается, в то время как в центральной области сердечника железо далеко от насыщЕния.. Увели20 чить индукцию средней части цилиндрического сердечника и, тем самым, увеличить магнитный поток, проходящий через сердечник и сцепляющийся с плазмой, на сколько-нибудь существенную величину при локальных насыщениях сердечника в зоне расположения обмоток практически невозможно без значительных дополнительных энергозатрат. Увеличивать же магЗО нитный поток за счет увеличения диаметра сердечника нежелательно в связи с ухудшением в этом случае аспектового отношения Rjg 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 облас4О ти плазменного шнура.
Цель изобретения — ликвидация неравномерного насыщения сердечниками, увеличение полезного магнитного потока, уменьшение полей рассеяния 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 закону
701356
rge гр — радиус сердечника в медианной плоскости магнитопровода; — расстояние по высоте сердечника, отсчитываемое от медианной плоскости; б
Вр — максимальная индукция в сердечнике в медианной плоскости, Й (21 — средняя индукция пото-г ка расстояния на границе "воздух-железо" на расстоянии Z от медианной плоскости.
Кроме того, сердечник выполнен со ступенчато-изменяющимся радиусом, причем шаг ступени по высоте Z выбран таким, чтобы приращение по радиусу составляло на каждом шаге (0,003-0,1) гр в зависимости от индукций 6 Р (ZI потока рассеяния и, кроме того, сердечник выполнен из набора отдельных элементов °
На фиг.1 изображен предлагаемый индуктор, общий вид; на фиг.2 — то же, в другом исполнении..
На магнитопроводе 1 переменного по длине силовой линии поперечного сечения размещены обмотка 2 нагрева и обмотка 3 предварительного намагничивания магнитопровода. Магнитопровод содержит сердечник 4 переменного по высоте сечения с радиусом, определяемые законом (1),блока
5 и стойки 6.
В другом исполнении (фиг.2) сердечник выполнен из набора цилиндрических элементов, радиус и высота которых изменяются ступенчато.в соответствии с законом (1),причем шаг ступени по высоте соответствует приращению радиуса на величину (0,03-0,1) 1=О в зависимости от индукции потока рассеяния В (Z), 5 Предлагаемый индуктор работает следующим образом.
Обмотка 3 предварительного намагничивания замыкается на источник питания (на чертеже не показано), и производится намагничивание магнитопровода 1 например, до значений индукции 8 — 1,9 f, Производится. наполнение лайнера (на чертеже не показано) смесью изотопов водо15 рода .и предварительная ионизация газовой смеси. Обмотка 2 нагрева плазмы замыкается на источник питания, и проходящий по обмотке ток создает магнитный поток в магнитопроводе, 20 перемагничивающий его до положительных значений индукции. При изменении магнитного потока образуется вихревая ЭДС, приложенная к плазме, в которой происходит пробой и начинает протекать ток по образовавшемуся плазменному тороидальному шнуру.
Предлагаемая форма исполнения
1 сердечника позволяет выравнять ин1
ЗО дукцию в сердечнике и, тем самым, снизить магнитное сопротивление магнитопровода, что, в свою очередь, дает возможность увеличить магнитный поток, проходящий по сердечнику, з примерно на 407 (при индукции в центре сердечника 1,9 Т ) без дополнительного увеличения ампер-витков обмоток индуктора. При этом уменьшается уровень рассеяния полей, свя40 занных с выпучиванием с сердечника . в местах его насыщения..
701356
Корректор А. Тяско
Техред М.гладь
Редактор Л. Письман
Тирах 414 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Заказ 2402/3
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4