CZ309127B6 - Způsob chlazení stěn fúzních reaktorů a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents
Způsob chlazení stěn fúzních reaktorů a zařízení k provádění tohoto způsobu Download PDFInfo
- Publication number
- CZ309127B6 CZ309127B6 CZ2020717A CZ2020717A CZ309127B6 CZ 309127 B6 CZ309127 B6 CZ 309127B6 CZ 2020717 A CZ2020717 A CZ 2020717A CZ 2020717 A CZ2020717 A CZ 2020717A CZ 309127 B6 CZ309127 B6 CZ 309127B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- metal
- fusion
- heat
- filled
- low melting
- Prior art date
Links
- 230000004927 fusion Effects 0.000 title claims abstract description 29
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 21
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims abstract 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 5
- 229920006926 PFC Polymers 0.000 description 17
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 13
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 10
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N Deuterium Chemical compound [2H] YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 1
- 229910001182 Mo alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N Tritium Chemical compound [3H] YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- STOCIQUOCKAITP-UHFFFAOYSA-N [Mo].[Zr].[W] Chemical compound [Mo].[Zr].[W] STOCIQUOCKAITP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000011956 best available technology Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 229910052805 deuterium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005562 fading Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052722 tritium Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
- -1 zinconel Chemical compound 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C19/00—Arrangements for treating, for handling, or for facilitating the handling of, fuel or other materials which are used within the reactor, e.g. within its pressure vessel
- G21C19/28—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core
- G21C19/30—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core with continuous purification of circulating fluent material, e.g. by extraction of fission products deterioration or corrosion products, impurities, e.g. by cold traps
- G21C19/307—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core with continuous purification of circulating fluent material, e.g. by extraction of fission products deterioration or corrosion products, impurities, e.g. by cold traps specially adapted for liquids
- G21C19/31—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core with continuous purification of circulating fluent material, e.g. by extraction of fission products deterioration or corrosion products, impurities, e.g. by cold traps specially adapted for liquids for molten metals
- G21C19/313—Arrangements for introducing fluent material into the reactor core; Arrangements for removing fluent material from the reactor core with continuous purification of circulating fluent material, e.g. by extraction of fission products deterioration or corrosion products, impurities, e.g. by cold traps specially adapted for liquids for molten metals using cold traps
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Způsob chlazení stěn fúzních reaktorů spočívá v tom, že se provede absorpce krátkých přechodných energetických odchylek z inherentních nestabilit plazmatu pomocí roztavení kovu uvnitř uzavřené struktury pro absorpci tepla při teplotě stoupající pomaleji než v homogenním kovu pomocí skupenského tepla tání, přičemž se pomocí skupenského tepla tání absorbuje tepelný tok z energetického výkyvu po omezenou dobu v řádu do 5 sekund prostřednictvím fázové změny z pevné látky na kapalinu, kdy se vnitřek obvodové struktury (3) naplní kovem s nízkou teplotou tání v tekuté formě. Zařízení k provádění uvedeného způsobu sestává z obvodové struktury (3), do které je umístěn porézní skelet (2) nebo dutá mřížková struktura (5), kdy dutiny v porézním skeletu (2) nebo dutiny mřížkové struktury (5) jsou naplněné kovem s nízkým bodem tání. Obvodová struktura (3) je s výhodou opatřena na protilehlé straně povlaku (1) upevňovacím prvkem (4).
Description
Způsob chlazení stěn fúzních reaktorů a zařízení k provádění tohoto způsobu
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu chlazení stěn fúzních reaktorů a zařízení k provádění tohoto způsobu. Výroba energie probíhá prostřednictvím fúzních reaktorů, v nichž je plazma omezeno magnetickými silami za účelem dosažení fuze. Vyzařované teplo z fuzní reakce představuje zdroj tepla, který lze převést na elektrickou energii pomocí generátoru na základě tepelného cyklu. Konkrétněji lze tento vynález aplikovat na aktuálně zkoumaná zařízení, což jsou fuzní reaktory, v nichž je plazma uzavřeno ve vakuové komoře. Plazma se zahřívá na teploty přesahující sto milionů Kelvinů, aby bylo dosaženo fúze lehkých prvků, jako je například vodík, deuterium nebo tritium, a jejich kombinací. Praktická realizace fúzní energie závisí na využití tepla, které je emitováno plazmatem ve vakuové nádobě. Konkrétněji, tento vynález umožňuje absorpci tepla uvolněného z plazmatu ve stěnách vakuové komory, bez poškození stěn, které jsou za tímto účelem lemovány tzv. Plasma Facing Components, dále PFC komponenty, speciálně navrženými tak, aby odolávaly extrémní povrchové tepelné zátěži.
Dosavadní stav techniky
Stávající zařízení, tj. PFC komponenty byly vyvinuty s využitím různých technik pro ochranu stěny reaktoru před žárem plazmatu. Způsoby chlazení využívají chladicími kanály proudící tekutiny, jako je voda v různých skupenstvích, tekutý kov či plyn o vysokém tlaku. Materiály, které se používají ve stávajících PFC pro odolnost vysokým teplotám zahrnují wolfram, uhlík, zinconel, molybden, wolfram-zirkonium-molybden. Geometrie chladicího kanálu byly optimalizovány tak, aby se zvýšil odvod tepla. Současné PFC komponenty jsou omezeny na tepelné toky do 10 MW/m2; vyšší tepelné toky vedou k poškození povrchu, protože měrná tepelná vodivost daného kovového materiálu, popř. materiálů omezuje evakuaci tepla do chladicích trubek.
PFC komponenty čelí výzvám z důvodu extrémních podmínek, dosahovaných ve fuzním reaktoru, neboť nestability plazmatu mohou způsobit ohrožující, náhlé a přechodně lokalizované energetické toky na vnitřní stěně vakuové nádoby, mající za následek narušení výroby elektrické energie či dokonce poškození stěny fuzního reaktoru. Odolnost proti takovému poškození je klíčovou funkcí pro budoucí využití fúzní energie.
Některé v současnosti vyvíjené PFC komponenty využívají smáčení porézní struktury roztaveným kovem, sublimujícím z PFC, pokud je překročena návrhová úroveň tepelného toku. Přitom je plazma znečištěno prvkem s vysokým atomovým číslem, což vede ke zhasnutí termojaderné fúzní reakce.
Podstata vynálezu
Uvedené nedostatky odstraňuje způsob chlazení stěn fúzních reaktorů a zařízení k provádění tohoto způsobu, podle tohoto vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se provede absorpce krátkých přechodných energetických odchylek z inherentních nestabilit plazmatu pomocí roztavení kovu uvnitř uzavřené struktury, čímž se absorbuje teplo při téměř konstantní teplotě pomocí skupenského tepla tání. Skupenské teplo tání absorbuje tepelný tok z energetického výkyvu po omezenou dobu prostřednictvím fázové změny z pevné látky na kapalinu. Vynález pomocí uvedeného způsobu chlazení tudíž po krátkou dobu, nepřekračující několik sekund, brání poškození vnitřní stěny fúzního reaktoru, a to v závislosti na míře zvýšení povrchového tepelného toku. Po roztavení zůstane kov v uzavřené struktuře odolné vysoké teplotě, aniž by docházelo k povrchovému úniku roztaveného kovu.
- 1 CZ 309127 B6
Účelem vynálezu je absorbovat přechodné výkyvy energie při velmi vysokém tepelném toku, které je nemožné absorbovat bez poškození pomocí stávajících PFC komponentů.
Krátkodobá absorpce přechodných vysokých odchylek tepelného toku umožňuje ochránit konvenční chladicí systém během přechodu maxima, neboť tento vynález chrání strukturu po omezený, avšak klíčový časový interval. Tento dodatečný časový interval rovněž může v extrémních případech zajistit více času pro aktivaci blokovacích systémů k odstavení reaktoru z důvodu jeho ochrany, což je potřebné pro úspěšnou implementaci navržených ochranných systémů, jejichž automatická intervence vyžaduje čas. Tímto způsobem jsou dávky vysokého tepelného toku v důsledku nestability v plazmě lépe zvládnuty a vnitřní stěnu fuzního reaktoru tak lze účinně ochránit proti trvalému poškození, což je klíčovou funkcí zařízení.
U komponentu lze předpokládat dva typy uspořádání. U reaktorů pracujících v ustáleném stavu může být komponent uspořádán tak, aby zakrýval chladicí systémy první stěny, které slouží k evakuaci tepla v ustáleném režimu. Tímto způsobem bude komponent absorbovat teplo a fungovat v širší oblasti a po delší dobu překročí extrémní toky způsobené nestabilitou. U reaktorů pracujících v pulzním režimu, jako jsou výzkumné reaktory, může komponent pracovat samostatně, absorbovat puls a poté šířit teplo vedením do struktury vakuové komory, která je chlazená jiným způsobem.
Zařízení k provádění uvedeného způsobu sestává z odolné porézní struktury či duté mřížkové struktury, např. z wolframu, který je zapouzdřený ve struktuře, jež je odolná vůči vysokým teplotám a zadržuje strukturou naplněné kovy s nízkým bodem tání, jako je například, měď, nebo ve struktuře se nachází obvodová struktura, odolná vysokým teplotám a tato je schopna pojmout a uchovat kov s nízkým bodem tání, aniž by docházelo k jeho úniku z obvodové struktury. Jakmile dochází k tavení, mohou být vysoké tepelné toky absorbovány tímto kovem s nízkým bodem tání, jenž díky své vyšší tepelné vodivosti rozvádí teplo do obvodové, uzavřené, vysokým teplotám odolné struktury, čímž snižuje tepelné zatížení, a následně umožňuje ztuhnutí roztaveného vnitřního kovu po odeznění náhlého vysokého tepelného toku a následné odvedení tepla do chladicího okruhu fúzního reaktoru. Na straně odvrácené plazmatu je na komponentě umístěn upevňovací bod, který odolá silným elektromagnetickým silám, jimž jsou PFC komponenty v důsledku nestabilit plazmatu vystaveny. Komponent vystavený plazmatu může mít povlak nanesený pomocí techniky PVD či CVD (Physical Vapour Deposition či Chemical Vapour Deposition). Komponent vystavený plazmatu může být vyroben pomocí 3D tisku nebo může mít odolnou dutou mřížkovou strukturu vyrobenou metodou práškové metalurgie.
Objasnění výkresů
Vynález bude dále vysvětlen pomocí výkresů, ve kterých: obr. 1 schematicky zobrazuje průřez jedné z možných realizací vynálezu, založené na porézní, pevné a vysokým teplotám odolné struktuře, vyplněné kovem s nízkým bodem tání. Obr. 2 schematicky znázorňuje průřez další možnou realizací, v níž je pravidelná dutá mřížková struktura, z vysokým teplotám odolné struktury, vyplněna kovem s nízkým bodem tání. Obr. 3a je třídimensionální ilustrací navržené realizace, vysokým teplotám odolné šestihranné strukturované mřížky, vyplněné kovem s nízkým bodem tání. Obr. 3b představuje realizaci koncepce pro reaktor pracující v ustáleném režimu, kde dochází ke kontinuálnímu odvodu tepla prostřednictvím chladicích kanálů. Obr. 4 a 5 ukazují vývoj teploty na povrchu PFC komponentu realizované z čistého wolframu a současně PFC komponentu podle tohoto vynálezu realizovaného z wolframové struktury naplněné mědí.
Příklady uskutečnění vynálezu
Nyní podrobněji s odkazem na vynález, na obr. 1 je znázorněno schéma průřezu navrhovaného PFC komponentu, znázorňující vysokým teplotám odolnou konstrukci, sestávající z kovového
-2 CZ 309127 B6 porézního pevného skeletu 2, který je vyrobený z wolframu. Skelet 2 je tvořen otevřenými buňkami a je vyplněn kovem s nízkým bodem tání, jako je měď. Wolframový porézní pevný skelet 2 napuštěný mědí je v současnosti nej lepší dostupnou technologií.
Vyplněný porézní skelet 2 na obr. 1 je zapouzdřen ve vysokým teplotám odolné obvodové struktuře 3. Obě části jsou vyrobeny tak, aby vytvořily souvislou strukturu, která zajišťuje dobrý tepelný kontakt a vysokou pevnost.
Kovový porézní skelet 2 a obvodová struktura 3 na obr. 1 jsou následně na straně vystavené plazmatu uzavřeny povlakem 1 z vysokým teplotám odolné vrstvy, méně než milimetr tlusté, vyrobené z wolframu.
Obvodová struktura 3 na obr. 1 je poté na protilehlé straně povlaku 1 opatřena upevňovacím bodem 4 vyrobeným, z wolframu.
Nyní podrobněji s odkazem na vynález, na obr. 2 je zobrazeno alternativní schéma k návrhu, znázorněnému na obr. 1, ukazující vysokým teplotám odolnou strukturu, sestávající z kovové pravidelné duté mřížkové struktury 5, která je vyrobena z wolframu. Mřížková struktura 5 sestává z buněk 6 orientovaných kolmo ke straně vystavené plazmatu a v dutinách je vyplněna kovem s nízkým bodem tání, jako je měď.
Vyplněná otevřená mřížková struktura 5 na obr. 2 je zapouzdřena v obvodové struktuře 3 odolávající vysokým teplotám, s níž je v tepelném kontaktu.
Dutá mřížková struktura 5 a obvodová struktura 3 na obr. 2 jsou následně na straně vystavené plazmatu uzavřeny povlakem 1 z vysokým teplotám odolného materiálu, vyrobeným, z wolframu.
Obvodová struktura 3 na obr. 2 je poté, na protilehlé straně povlaku 1 opatřena upevňovacím prvkem 4 vyrobeným z wolframu.
Druhá varianta je výhodná v tom, že může zadržet více mědi než kovový porézní skelet 2 ve variantě 1, který nemůže absorbovat více než 40 procent mědi, protože jinak je pevnost wolframové houby (porézního skeletu 2) příliš nízká.
Mezi výhody tohoto vynálezu patří mimo jiné větší schopnost absorbovat rychle vznikající vysoké tepelné toky, schopnost účinně šířit teplo, čímž snižuje teplotní gradienty, a tudíž i termomechanické zatížení uvnitř komponentu vystaveného plazmatu a to reverzibilně, takže se PFC po nenadálém nárůstu tepelného toku vrátí do původního stavu bez trvalého poškození.
Konkrétní možná realizace je znázorněna na obr. 3a. Je složena, z vysokým teplotám odolných hexagonálních buněk duté mřížkové struktury 5, sestavených do jednotkové PFC komponenty, kterou lze připevnit ke stěně vakuové nádoby reaktoru pomocí kteréhokoli z upevňovacích prvků 4 na zadní straně komponenty. Hexagonální buňky jsou vyplněné kovem s nízkým bodem tání, jako je měď, přes kterou se aplikuje tenký povlak 1 za účelem potlačení úniku tekutého kovu do vakuové nádoby fuzního reaktoru, jakmile vysoký tepelný tok zasáhne povrch povlaku 1, roztaví kovovou výplň s nízkým bodem tání uvnitř duté mřížkové struktury 5.
Analýza teploty, kterou lze při takovéto konkrétní realizaci očekávat, byla provedena pomocí numerických výpočtů a výsledky na obr. 4 a 5 ukazují vývoj teploty na povrchu PFC komponentu realizované z čistého wolframu a současně PFC komponentu podle tohoto vynálezu realizovaného z wolframové struktury naplněné mědí. Porovnáním obrázků je patrný pokles rychlosti ohřevu z důvodu absorpce skupenského tepla tání mědi v navrhovaném PFC komponentu. Pokles způsobí prodloužení doby, po kterou může konstrukce setrvat pod kritickou teplotou 2000 °C, což se považuje za maximální provozní mez pro takovéto komponenty vyrobené z wolframu.
-3 CZ 309127 B6
Vynález pomocí uvedeného způsobu chlazení tudíž po krátkou dobu, nepřekračující několik sekund, brání poškození vnitřní stěny fuzního reaktoru, a to v závislosti na míře zvýšení povrchového toku. Po roztavení zůstane kov v uzavřené struktuře odolné vysoké teplotě, aniž by docházelo k povrchovému úniku roztaveného kovu.
Účelem vynálezu je absorbovat přechodné výkyvy energie při velmi vysokém tepelném toku, které je nemožné absorbovat bez poškození pomocí stávajících PFC komponentů.
Krátkodobá absorpce přechodných vysokých odchylek tepelného toku umožňuje ochránit konvenční chladicí systém během přechodu maxima, neboť tento vynález chrání strukturu po omezený, avšak klíčový časový interval. Tento dodatečný časový interval rovněž může v extrémních případech zajistit více času pro aktivaci blokovacích systémů k odstavení reaktoru z důvodu jeho ochrany, což je potřebné pro úspěšnou implementaci navržených ochranných systémů, jejichž automatická intervence vyžaduje čas. Tímto způsobem jsou dávky vysokého tepelného toku v důsledku nestability v plazmě lépe zvládnuty a vnitřní stěnu fuzního reaktoru tak lze účinně ochránit proti trvalému poškození, což je klíčovou funkcí tohoto zařízení.
Zařízení k provádění uvedeného způsobu sestává z odolného porézního skeletu 2 či duté mřížkové struktury 5 z wolframu, které jsou zapouzdřeny v obvodové struktuře 3, jež je odolná vůči vysokým teplotám a tato je schopna pojmout a uchovat kov s nízkým bodem tání, aniž by docházelo k jeho úniku z obvodové struktury 3. Jakmile dochází k tavení, mohou být vysoké tepelné toky absorbovány tímto kovem s nízkým bodem tání, jenž díky své vyšší tepelné vodivosti rozvádí teplo do obvodové, uzavřené a vysokým teplotám odolné struktury 3, nebo do duté mřížkové struktury 5, čímž snižuje tepelné zatížení, a následně umožňuje ztuhnutí roztaveného vnitřního kovu po odeznění náhlého vysokého tepelného toku a následné odvedení tepla do chladicího okruhu fuzního reaktoru. Na straně odvrácené plazmatu, tj. na protilehlé straně obvodové struktury 3 s povlakem 1, je umístěn upevňovací prvek 4, který odolá silným elektromagnetickým silám, jimž jsou PFC komponenty v důsledku nestabilit plazmatu vystaveny. Komponent vystavený plazmatu může mít povlak naneseným technikou PVD či CVD (Physical Vapour Deposition či Chemical Vapour Deposition). Komponent vystavený plazmatu může být vyroben pomocí 3D tisku nebo může mít odolnou dutou mřížkovou strukturu 5 vyrobenou metodou práškové metalurgie. Existují i jiné možnosti materiálů: vysokým teplotám odolná struktura může být vyrobena z molybdenu nebo slitiny Ti-Zr-Mo (tzv. TZM), a měď může být nahrazena stříbrem, které má také vysokou tepelnou vodivost.
Claims (4)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Způsob chlazení stěn fuzních reaktorů, vyznačující se tím, že se provede absorpce krátkých přechodných energetických odchylek z inherentních nestabilit plazmatu pomocí roztavení kovu uvnitř uzavřené struktury pro absorpci tepla při teplotě stoupající pomaleji než v homogenním kovu pomocí skupenského tepla tání, přičemž se pomocí skupenského tepla tání absorbuje tepelný tok z energetického výkyvu po omezenou dobu v řádu do pět sekund prostřednictvím fázové změny z pevné látky na kapalinu, kdy se vnitřek obvodové struktury (3) naplní kovem s nízkou teplotou tání v tekuté formě.
- 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se po dobu až pět sekund brání poškození fuzního reaktoru, a to v závislosti na míře zvýšení povrchového toku, který může dosáhnout faktoru 100 pro interval milisekund nebo dvojnásobek pro interval pět sekund, kdy po roztavení zůstane kov v uzavřené struktuře odolné vysoké teplotě, aniž by docházelo k povrchovému úniku roztaveného kovu.
- 3. Zařízení k provádění uvedeného způsobu, vyznačující se tím, že sestává z obvodové struktury (3), do které je umístěn porézní skelet (2) nebo dutá mřížková struktura (5), kdy dutiny v porézním skeletu (2) nebo dutiny mřížkové struktury (5) jsou naplněné kovem s nízkým bodem tání.
- 4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že obvodová struktura (3) je opatřena na protilehlé straně povlaku (1) upevňovacím prvkem (4).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2020-717A CZ2020717A3 (cs) | 2020-12-23 | 2020-12-23 | Způsob chlazení stěn fúzních reaktorů a zařízení k provádění tohoto způsobu |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2020-717A CZ2020717A3 (cs) | 2020-12-23 | 2020-12-23 | Způsob chlazení stěn fúzních reaktorů a zařízení k provádění tohoto způsobu |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ309127B6 true CZ309127B6 (cs) | 2022-02-16 |
| CZ2020717A3 CZ2020717A3 (cs) | 2022-02-16 |
Family
ID=80224790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2020-717A CZ2020717A3 (cs) | 2020-12-23 | 2020-12-23 | Způsob chlazení stěn fúzních reaktorů a zařízení k provádění tohoto způsobu |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2020717A3 (cs) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB876399A (en) * | 1956-12-11 | 1961-08-30 | Plansee Metallwerk | Improvements in or relating to fuel elements for nuclear reactors |
| JPS5458610A (en) * | 1977-10-19 | 1979-05-11 | Doryokuro Kakunenryo | Cold trap apparatus |
| JPS61185303A (ja) * | 1985-02-12 | 1986-08-19 | Power Reactor & Nuclear Fuel Dev Corp | コ−ルドトラツプ |
| CZ25626U1 (cs) * | 2013-03-22 | 2013-07-08 | Centrum výzkumu Rez s.r.o. | Zařízení pro chlazení a regulaci teploty studené pasti pro čištění tekutých kovů jako chladivá pro energetické reaktory IV. generace a fúzní reaktory |
| CZ2013178A3 (cs) * | 2013-03-08 | 2014-06-11 | Centrum Výzkumu Řež S.R.O. | Způsob chlazení a regulace teploty studené pasti pro čištění tekutých kovů jako chladiva pro energetické reaktory IV. generace a fúzní reaktory a zařízení pro provádění tohoto způsobu |
-
2020
- 2020-12-23 CZ CZ2020-717A patent/CZ2020717A3/cs unknown
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB876399A (en) * | 1956-12-11 | 1961-08-30 | Plansee Metallwerk | Improvements in or relating to fuel elements for nuclear reactors |
| JPS5458610A (en) * | 1977-10-19 | 1979-05-11 | Doryokuro Kakunenryo | Cold trap apparatus |
| JPS61185303A (ja) * | 1985-02-12 | 1986-08-19 | Power Reactor & Nuclear Fuel Dev Corp | コ−ルドトラツプ |
| CZ2013178A3 (cs) * | 2013-03-08 | 2014-06-11 | Centrum Výzkumu Řež S.R.O. | Způsob chlazení a regulace teploty studené pasti pro čištění tekutých kovů jako chladiva pro energetické reaktory IV. generace a fúzní reaktory a zařízení pro provádění tohoto způsobu |
| CZ25626U1 (cs) * | 2013-03-22 | 2013-07-08 | Centrum výzkumu Rez s.r.o. | Zařízení pro chlazení a regulaci teploty studené pasti pro čištění tekutých kovů jako chladivá pro energetické reaktory IV. generace a fúzní reaktory |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2020717A3 (cs) | 2022-02-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Swartz et al. | Westinghouse eVinci™ heat pipe micro reactor technology development | |
| Tabarés et al. | Reactor plasma facing component designs based on liquid metal concepts supported in porous systems | |
| RU2713484C2 (ru) | Материалы защиты для термоядерных реакторов | |
| Dobran | Fusion energy conversion in magnetically confined plasma reactors | |
| Moir | Liquid first walls for magnetic fusion energy configurations | |
| Hirooka et al. | A review of the present status and future prospects of the application of liquid metals for plasma-facing components in magnetic fusion devices | |
| Mirnov et al. | Liquid-metal tokamak divertors | |
| Golubchikov et al. | Development of a liquid-metal fusion reactor divertor with a capillary-pore system | |
| JP2023508278A (ja) | 層状中性子遮蔽体 | |
| Kulcinsk et al. | Reduction of plasma contamination effects and first-wall erosion in fusion devices | |
| CZ309127B6 (cs) | Způsob chlazení stěn fúzních reaktorů a zařízení k provádění tohoto způsobu | |
| Majeski | Liquid metal walls, lithium, and low recycling boundary conditions in tokamaks | |
| Lyublinski et al. | Lithium divertor of KTM tokamak | |
| Bilal et al. | Recent progress, liquid metal use as plasma facing component and vapor shielding of high heat flux | |
| Tan et al. | Thermoelectrics for nuclear fusion reactors: opportunities and challenges | |
| WO2023152553A1 (en) | A cooling method for especially fusion reactor walls and a cooling apparatus for carrying out this cooling method | |
| US12033763B2 (en) | Liquid sandwich vacuum vessel for magnetic fusion | |
| Hirooka et al. | A Review of Recent Studies on Particle Recycling From Liquid Metals With/Without Convection Under Plasma Bombardment | |
| JP2009150709A (ja) | リチウムクラスター化学核融合発生方法及びリチウムクラスター化学核融合装置 | |
| Samm | Plasma-wall interaction | |
| Ferrari et al. | Evaluation of divertor conceptual designs for a fusion power plant | |
| Miyazawa et al. | Conceptual design of the helical volumetric neutron source FFHR-b2 | |
| El-Genk et al. | Challenges and fundamentals of modeling heat pipes’ startup from a frozen state | |
| Maingi et al. | Liquid metal walls | |
| Kovalenko et al. | Heat-pipes-based first wall |