DE1081160B - Toroidfoermig gestaltete Reaktionskammer fuer die Erzeugung von Starkstrom- Ringentladungen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine toroidförmig gestaltete Reaktionskammer für die Erzeugung von Starkstrom-Ringentladungen, bei der im Innenraum eine Auskleidung vorgesehen ist. Derartige Reaktionskammern finden z. B. Verwendung zum Studium thermonuklearer Reaktionen.

Bei einer anderen Orts beschriebenen Ausführungsform weist die Reaktionskammer (Torus) am Umfang zwei Isolationsspalte auf, welche unter anderem verhüten, daß der Torus selbst als eine kurzgeschlossene Windung wirkt. Innerhalb des Torus befindet sich ein Auskleidungssystem, welches aus gegeneinander isolierten, sich überlappenden zylindrischen Metallsegmenten besteht, deren Funktion es ist, die Spalte gegen die Entladung abzuschirmen und somit elektrische Leiterscheinungen im Spalt zu unterbinden.

Bei der Reaktionskammer gemäß vorliegender Erfindung ist die Außenoberfläche der Auskleidung kontinuierlich elektrisch leitend ausgebildet und weist einen Widerstands wert auf, welcher im Vergleich zum Widerstandswert der Entladung groß ist.

Das Material der Auskleidung kann gewellt oder geriffelt sein, wobei die RifFelungen dazu dienen können, die Oberfläche der Auskleidung zu vergrößern. Als Material kann rostfreier Stahl Verwendung finden.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen näher erläutert werden, und zwar zeigt bzw. zeigen

Fig. 1 eine im Schnitt dargestellte Flächenansicht eines Quadranten des Torus mit einer Auskleidungsanordnung,

Fig. 2, 3 und 4 jeweils Ansichten der Abschnitte^ B und C der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 1,

Fig. 6 eine vergrößerte Ansicht, gesehen in Richtung des Pfeiles D in Fig. 1,

Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine Probeentnahmeöffnung,

Fig. 8 eine Flächenansicht eines Torus-Quadranten, welche die Lage der Kühlplatten wiedergibt,

Fig. 9 einen Schnitt entlang der Linie IX-IX der Fig. 8.

Es sei zunächst auf die Fig. 1 und 5 verwiesen, bei welchen ein Torus-Quadrant 1 gezeigt ist, der aus kurzen Längen eines 2,54 cm starken Aluminiumrohres hergestellt ist. An einem Ende des Torus-Quadranten befindet sich ein Flansch 2, der für das Befestigen des Torus an einer Fensterkammer 3 vorgesehen ist, während sich am anderen Ende ein Flansch 4 befindet, der einen Teil der isolierenden Verbindungsstelle zwischen den beiden Torushälften bildet. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht die Fensterkammer 3 aus einem rechteckigen AIu-

Toroidförmig gestaltete Reaktionskammer für die Erzeugung von Starkstrom-

Ringentladungen

Anmelder:

United Kingdom

Atomic Energy Authority,

London

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,
Siegen, Oranienstr. 14

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 20. Juni 1957

Peter Clive Thonemann, Springfield, Cmnnor, Oxford

(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

miniumblock, welcher eine mittlere Öffnung mit gleichem Durchmesser wie die Torusbohrung aufweist.
Innerhalb des Torus 1 ist bzw. befindet sich eine zylindrische Auskleidung 5, welche aus gewelltem bzw. geriffeltem rostfreiem Stahl hergestellt ist. In jedem Torus-Quadranten ist die Auskleidung in drei Abschnitte unterteilt, welche über Flanschenpaare 62, Qa-und 6&, die an den Enden der Abschnitte angeschweißt sind, miteinander verbunden, sind. An den Flanschen 62 sitzen Stiftschrauben, und die Flansche 6α· und 6 b weisen, wie nachfolgend noch näher beschrieben wird, entsprechende Löcher auf. Zwei dieser Abschnitte sind länger als der dritte und bestehen jeweils aus vier kurzen zylindrischen Längen, die aneinandergeschweißt sind; der dritte Abschnitt wird durch eine einzige Länge gebildet. Das zur Verwendung kommende Material ist ein rostfreier Stahl von etwa 0,5 mm Wandstärke mit einer Riffelhöhe von

« 19,05 mm.

Die Auskleidung 5 wird, wie im nachfolgenden noch näher beschrieben, im Torus durch Mycalexisolatoren gehalten. Das Gewicht der Auskleidung wird von einer Reihe von Mycalexblocks 7 aufgenommen, weiche mittels Ausleger stützen 8, die mit Schlitzen in den Seiten der Blocks in Wirkverbindung stehen, an der unteren Innenfläche des Torus befestigt sind. Die seitliche Abstützung der Auskleidung 5 wird durch entsprechende Blocks 9, 10 und 14 erreicht. Die

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Flächen dieser Blocks sind-der Toruswand und der teil 28 festgeschraubt ist, wobei eine Dichtung zwi-Auskleidungsoberfläche angepaßt. Die Innenblocks 9 sehen dem Flansch 4 und dem Seitenteil 28 durch eine sitzen auf Stiften 11, die an den an der Toruswand O-förmige Ringdichtung 29 gebildet wird. An einem festgeschraubten Platten 12 angeschweißt sind. Die der Seitenteile ist ein Polyäthylenisolierring 30 beBlocks sind durch Feder- und Nutverbindungen mit- 5 festigt. O-förmige Ringdichtungen 31 sind zwischen einander verbunden, welche mittels Mycalexstifte 13 jedem Seitenteil 28 und dem Ring 30 vorgesehen. Es gehalten werden. sind keine mechanischen Mittel für das Zusammen-

In der. Außenreihe sind wechselweise Blocks 14 halten der beiden Torushälften vorgesehen; vielmehr

jeweils an zwei Stiften Il "und Platten 12 befestigt, reicht der atmosphärische Druck dafür aus, wenn der

während die zwischengele'genen Blocks 10 mittels io Torus evakuiert ist.

Feder- und Nutverbindungen und Mycalexstiften 13 Die beiden Hälften der geriffelten Auskleidung

von den Blocks 14 gehalten werden. werden mittels einer Stecker- und Steckerstiftanord-

Eine obere Reihe von Blocks 16 ist an Spund- nung miteinander verbunden, welche aus einem

stücken 17 befestigt, welche durch Öffnungen in der Steckerstiftring 32 und einem Steckerring 33 besteht,

oberen Wand des Torus hindurchgeführt sind. Die 15 die jeweils an den Endflanschen 6d und 6e der beiden

Blocks 16 stehen normalerweise nicht mit der Aus- Auskleidungshälften festgeschraubt sind. Die Flan-

kleidung in Berührung. sehe 6 d und 6 e sind wiederum dem Flansch 6 c ähn-

Dort, wo die Auskleidung 5 durch die Fenster- Hch. Ein Vorsprung 34 auf dem Stecker stiftring 32 kammer 3 hindurchführt, sind die Riffelungen unter- hält eine Mehrzahl von Molybdän-Federkontaktfmbrochen, und es ist ein kurzer Siebabschnitt 15 in die a° gern 35, welche auf der Innenfläche des Steckerringes Auskleidung eingefügt. Die Wand des Abschnittes 15 33 ruhen. Ein innerer Abschlußring 36 dient dem dopist, wie dargestellt, aufgeschlitzt. * pelten Zweck der Abschirmung der Kontaktfinger

Um den Ringraum zwischen der Auskleidung 5 und gegen die Entladung und der Schaffung eines Laby-

der Toruswand getrennt vom Plasmaraum evakuieren rinthweges, um dadurch ein Gaslecken vom Ring-

zu können, ist eine Teilvakuumdichtung zwischen den 25 Zwischenraum nach dem Plasmaraum hintanzuhalten,

beiden Räumen in den Fensterkammern 3 vorgesehen. Ein äußerer Abschlußring 37 erhöht noch diesen

Die Fig. 2 und 3 zeigen, auf welche Weise diese Dich- Labyrintheffekt.

tung erreicht werden kann. An jedem Ende der Die Steckerstift- und Steckerringe 32 und 33 wer-

Fensterkammer 3 wird ein geschlitzter exzentrischer den relativ zum Torus mittels rostfreier Stahlringe

Stahlring 18 an der Spaltstelle gegen die Bohrung der 3o 38, die an den Außenflächen der Flansche 6 d und 6 e

Kammer durch einen Spannwirbel 19 aufgezogen. An festgeschweißt sind, zurückgehalten. Jeder dieser

jedem Ende des Siebabschnittes 15 befindet sich ein Ringe 38 sitzt lose zwischen zwei in Segmente auf-

Flansch 20 mit einer ringförmigen Aussparung, inner- geteilte Mycalex-Ringisolatoren 39, von denen jeder

halb welcher sich ein Mycalexisolierring 21 befindet, den gleichen Aufbau wie der Isolator 21 aufweist,

der sich mittels einer geriffelten Blattfeder 22, die aus 35 Jeder Isolator 39 ist mittels Stiften an einem AIu-

Inconel hergestellt ist, unter Federspannung gegen miniumring 40 befestigt, der entweder durch ein

den Ring 18 legt. Der Ringisolator 21 besteht aus Seitenteil 28 oder durch einen Rückhaltering 41 in

einer Mehrzahl von sich überlappenden Segmenten. seiner vorgeschriebenen Stellung gehalten wird. Aus-

Der Ring 18 ist exzentrisch. legerstützen 42, welche auf den Ringen 41 sitzen,

Ein Flansch 6c der Auskleidung 5 in der Nähe des 4o halten die Enden der Isolatoren 9. Somit können zwei Siebabschnittes 15 ist, wie dargestellt, mittels Stift- Hälften der Torus-Auskleidungs-Bauteilgruppe in schrauben 24 und Muttern 25 am Flansch 20 be- einfacher Weise dadurch voneinander getrennt werfestigt. Die Stirnfläche des Flansches 6c ist mit zwei den, daß sie zur Seite weggezogen werden. Jeder Ring Kanten 23 versehen, welche sich mit Druck gegen die 38 ist mit einer Anzahl von öffnungen 49 ausgestattet, Stirnfläche des Flansches 20 legen und dadurch einen ⁴⁵ um ein Evakuieren des ringförmigen Zwischenraums guten elektrischen Kontakt sicherstellen. Die Muttern zwischen diesen beiden Ringen sicherzustellen.
25 und die Stiftschrauben 24 werden dadurch, daß Bei dem anderen Orts vorgeschlagenen Auskleisie sich in einer Aussparung im Flansch 6 c befinden, dungssystem wird dieses selbst mittels Rohrleitungen der durch einen rostfreien am Flansch 6 c fest- wassergekühlt, welche an individuellen Auskleidungsgeschraubten Stahlabdeckring 26 verschlossen wird, 5o segmenten festgeschweist sind. Die Auskleidung gegegen die Entladung im' Plasmaraum abgeschirmt. maß der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht Die gleiche Verbindungsweise ist zwischen den Flan- wassergekühlt, und sie gibt ihre Wärme nur durch sehen 6 a und 6 δ und 62 gewählt, welche die ge- Strahlung von ihrer Außenfläche ab. Um die Wärmeriffelten Auskleidungsabschnitte in jedem Torus- Strahlungskraft der Außenfläche zu erhöhen, wird Quadranten miteinander verbinden. Die Flansche 6 α 55 diese durch Glühen in Dampf bei 600 bis 700° C oxy- und 6b sind dem Flansch 6c ähnlich, während die diert. Die Innenfläche bleibt blank. Als Folge dieser Flansche 62 dem Flansch 20 bis auf die ringförmige von der Auskleidung herrührenden Strahlung wird Aussparung entsprechen. der Torus selbst erhitzt; er muß daher gekühlt wer-

Die Isolatoren 21 können in Achsrichtung auf dem den. So sind beispielsweise in Fig. 4 an den Seiten-Ring 18 ungehindert gleiten; eine Bewegung der Aus^ ^6o teilen 28 Rohrleitungen 64 festgeschweißt, durch kleidung 5 als Ganzes wird jedoch durch die Halte- welche Kühlwasser hindurchzirkuliert. Außerdem platten 27 verhindert, welche auf dem Flansch 6 a sind, um den Polyäthylenisolator 30 gegen die heiße festgeschraubt sind, der gegen die Enden der Iso- Auskleidung 5 abzuschirmen, die Innenkanten der lationsblocks 14 und 9 stößt. Seitenteile mit Lippen bzw. Vorsprüngen 43 aus-

Die Auskleidungsverbindungsstelle am anderen ⁶5 gestattet.

Ende des Torus-Quadranten ist in Fig. 4 gezeigt, Die Kühlanordnungen für den übrigen Torus sind

welche ebenfalls die isolierende Verbindung zwischen in den Fig. 8 und 9 dargestellt. Wie bereits anderen

den beiden Torushälften wiedergibt. Zunächst sei auf Orts beschrieben, ist der Torus mit einer Mehrzahl

die Torusverbindung eingegangen, bei welcher an von Formstücken 44 (s. Fig. 8) für die Wicklungen jedem Flansch 4 ein Aluminiumseiten- bzw. -backen- 7° ausgestattet, welche ein in Achsrichtung verlaufendes

Magnetfeld zum Stabilisieren der Entladung erzeugen. Zwischen diesen Formstücken sind Aluminiumplatten 45 an der Oberfläche des Torus festgeschraubt oder -genietet. An diesen Platten 45 wiederum sind Aluminiumrohrleitungen 46 festgeschweißt, welche das Kühlwasser aufnehmen. Die Platten 45 sind so ausgebildet, daß sie zwischen die Formstücke passen, und sie sind, wenn erforderlich, unterbrochen, um den Zugang weiterer Verbindungen, beispielsweise nach den Durchlässen 47 und 52, wie sie in Fig. 9 dargestellt sind, zu ermöglichen. Eine Gummirohrleitung wird dazu verwendet, die Kühlrohrlängen miteinander zu verbinden und einen Reihen-Parallel-Kühlkreis zu bilden.

In den Fig. 8 und 9 sind außerdem zwei Durchlässe 47 dargestellt, durch welche der ringförmige Zwischenraum zwischen Torus und Auskleidung 5 evakuiert wird, wobei Vakuurnverbindungen nach diesen Durchlässen vermittels der Flansche 50 und der Dichtungen bzw. Manschetten 51 hergestellt werden.

Zugang zum Plasmaraum zu Versuchszwecken und zum anderen dazu, das darin befindliche Gas zeitlich vorzuionisieren, wird durch die Durchlässe 52 erreicht, welche auf halbem Wege rund um jeden Torus-Quadranten auf dem Größtkreis des Torus vorgesehen sind. Einer dieser Durchlässe ist in Fig. 7 ausführlicher dargestellt. Ein Rohr-Keramikisolator 53 ist auf einer Platte 54 dicht befestigt, welche an der Toruswand 1 festgeschraubt ist. Zwischen der Platte und der Toruswand befindet sich eine O-förmige Ringdichtung 55. Der Isolator 53 wird durch eine Aussparung in der Toruswand geführt, und er umschließt ein kurzes rostfreies Stahlrohr 56, welches einen Flansch an seinem Inneneiide aufweist. Das Rohr 56 wird in einem Loch in der Aussparung im Flansch 6 b der Auskleidung durch eine Mutter 57 gehalten, wobei die Aussparung im Flansch 6 δ zu diesem Zwecke weiter bzw. größer als die entsprechenden Aussparungen in den Flanschen 6 a, 6 c, 6 <2, 6e ausgeführt ist. Eine Kappe 58 ist am Außenende des Isolators 53 dicht befestigt. Diese Kappe 58 wird durch eine Rohrleitung 61 wassergekühlt, und an ihr ist ein rostfreies Stahlrohr 59 festgeschweißt, welches in den Isolator 53 hineinragt. Ein dünnwandiges rostfreies Stahlrohr 60, welches· mit Gleitschutz auf den Enden der beiden Rohre 56 und 59 sitzt, läßt eine Ausdehnung der Auskleidung zu, schirmt den Isolator 53 gegen die Entladung ab und wirkt als eine Wärmeimpedanz zwischen der Auskleidung 5 und der Kappe 58. Das Außenende des Rohres 59 ist auf eine Weise verschlossen, die von seiner unmittelbaren Funktion abhängt.

Zwei der in entgegengesetzt liegenden Torus-Quadranten angeordneten Durchlässe werden dazu verwendet, um das Gas zeitlich vor jeder Ringentladung zu ionisieren. Diese beiden Durchlässe sind den bereits beschriebenen ähnlich. Durch jeden dieser Durchlässe ist ein rostfreier Stahlstab 62 (Fig. 9) geführt, welcher einen Ring 63 aus rostfreiem Stahl trägt, der als eine Antenne wirkt. Eine Hochfrequenzentladung wird zwischen den beiden Antennen auf die anderen Orts beschriebene Weise durchgeleitet.

Die Fig. 6 veranschaulicht, wie im Bereich jedes Durchlasses 52 zwei der Außenblocks 14 jeweils unterteilt sind, um die beiden Blocks 14 a und 14 & zu bilden. Die Blocks 14 & sitzen tiefer als die Blocks 14 a, so daß der zwischen ihnen befindliche Block 10 nicht vom Durchlaß 52 behindert wird. Die Auskleidung 5 wird mittels Wechselstroms ausgeglüht, wobei die Auskleidung als Sekundärwicklung eines Impulstransformators benutzt wird.

Bei dem vorerwähnten beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt der Widerstandswert der AußenoberfLäiche der Auskleidung 5 etwa 0,02 Ohm, was etwa der zehnfache Wert des Widerstandes der Entladung ist.

Ein Vorteil der Verwendung eines gewellten bzw. geriffelten Metalls für die Auskleidung ist der, daß die wirksame Länge der Auskleidung vergrößert und somit ihr elektrischer Widerstandswert erhöht wird. Außerdem ist die Stromverteilung in der Auskleidung gleichmäßiger, als dies bei einer, Blechauskleidung der Fall sein würde, da die Strom wege rund um den inneren und äußeren großen Umfang von gleicher Länge sind. Außerdem ist eine gewellte bzw. geriffelte Auskleidung auf Grund ihrer Biegsamkeit leichter in eine Torusform zu bringen und einzubauen.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Toroiidförmig gestaltete Reaktionskammer für die Erzeugung von Starkstrom-Ringentladungen, bei der im Innenraum eine Auskleidung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenoberfläche der Auskleidung (5) kontinuierlich elektrisch leitend ausgebildet ist und daß ihr Widerstand längs des Umfanges im Vergleich zum Widerstandswert der Entladung groß ist.

2. Reaktionskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Auskleidung (5) geriffeltes bzw. gewelltes Material vorgesehen ist.

3. Reaktionskammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Material rostfreier Stahl Verwendung findet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

© 009 508/344 4.60