DE1200450B

DE1200450B - Device for generating high-temperature high-current gas discharges

Info

Publication number: DE1200450B
Application number: DEU5070A
Authority: DE
Inventors: Peter Clive Thonemann; Robert Carruthers; Roy John Bickerton
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1958-01-21
Filing date: 1958-01-21
Publication date: 1965-09-09

Description

Einrichtung zur Erzeugung von hochtemperierten Hochstromgasentladungen Für das Einleiten von Kernreaktionen in Leichtelementen, insbesondere zum Erzeugen von Neutronen, waren die Bemühungen bislang in erster Linie darauf gerichtet, Targets, welche aus Deuteriumverbindungen oder aus Leichtelementen bestehen, mit Protonen, Deuteronen oder Heliumkernen zu beschießen, welche in einem ausreichenden Grade beschleunigt worden waren, um dadurch für die Kernreaktion günstige Verhältnisse zu erhalten.Device for generating high-temperature high-current gas discharges For initiating nuclear reactions in light elements, especially for generating of neutrons, efforts so far have primarily been aimed at finding targets, which consist of deuterium compounds or light elements, with protons, Bombarding deuterons or helium nuclei, which in a sufficient degree had been accelerated to thereby conditions favorable to the nuclear reaction to obtain.

Um das nutzbare Reaktionsverhältnis zu erhöhen, müssen sich die Kerne gegenseitig derart beeinflussen, daß ihre Energie weder bei der Beschießung eines verhältnismäßig massiven Zieles noch frei werdende Kernenergie im Ziel verlorengeht. Ein bekannter Vorschlag geht dahin, Kerne aus Deuterium und/oder Tritium als Bestandteile eines heißen ionisierten Gases oder Plasmas miteinander reagieren zu lassen, wobei die durch Reaktionen zwischen den Kernen frei werdende Energie zur Einleitung weiterer Reaktionen und zum Ausgleich der durch Strahlung auftretenden Verluste dienen soll. Bei einer solchen Anlage muß das Gas eingegrenzt bzw. eingeschnürt werden, um es von der Behälterwandung fernzuhalten, da sonst durch die Beschießung der Wandung ein weiterer Energieverlust hinzukäme und die Entladung durch Verdampfen von Wandmaterial verunreinigt würde.In order to increase the usable reaction ratio, the cores must be affect each other in such a way that their energy neither when bombarding one relatively massive target still released nuclear energy is lost in the target. A well-known proposal is to use nuclei made of deuterium and / or tritium as components a hot ionized gas or plasma to react with one another, wherein the energy released by reactions between the nuclei to initiate further Reactions and to compensate for the losses caused by radiation. In such a system, the gas must be restricted or constricted to it to be kept away from the container wall, otherwise through the bombardment of the wall Another loss of energy would be added and the discharge due to the evaporation of wall material would be contaminated.

Ein weiterer bekannter Vorschlag geht dahin, einen toroidalen Behälter, der mit dem Kern eines Impulstransformators in Verbindung steht, zu verwenden und eine in nur einer Richtung verlaufende Ringentladung in dem im Behälter befindlichen Gas durch Übermitteln eines starken Spannungsimpulses aus der Primärwicklung des Transformators aufzubauen. Dabei bildet die Ringentladung die Sekundärwicklung des Transformators. Falls der Ringstrom ausreichend stark ist, übt sein Eigenmagnetfeld eine einschnürende Wirkung auf die Gaskerne innerhalb des Stromkanals aus und hält das Plasma von der Behälterwandung fern. Räumliche Unstabilitäten des eingeschnürten Plasmas können dabei durch Überlagerung eines parallel zur Entladungsachse verlaufenden Magnetfeldes und -durch in der elektrisch leitenden Behälterwandung induzierte Wirbelströme weitgehend behoben werden.Another well-known proposal is to use a toroidal container, connected to the core of a pulse transformer, and a unidirectional ring discharge in the one in the container Gas by transmitting a strong voltage pulse from the primary winding of the Build up the transformer. The ring discharge forms the secondary winding of the Transformer. If the ring current is sufficiently strong, it exercises its own magnetic field a constricting effect on the gas cores within the flow channel and holds the plasma away from the container wall. Spatial instabilities of the constricted Plasmas can be created by superimposing a parallel to the discharge axis Magnetic field and eddy currents induced in the electrically conductive container wall to be largely remedied.

Bei Ausführungsanordnungen der vorbeschriebenen Gattung muß der toroidale Behälter quer zur Ringbehältermittellinie zumindest eine elektrisch isolierende Stoßstelle aufweisen, um zu verhindern, daß der Behälter selbst als eine kurzgeschlossene Windung des Transformators wirkt. Diese Stoßstelle oder -stellen ist bzw. sind während der Entladung einem Ionenbeschuß und ultravioletten Strahlen ausgesetzt, was zu einem Zusammenbrechen der Isolierung führen kann. Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung, durch die ein derartiges Zusammenbrechen der Isolierung verhindert werden kann.In the case of execution arrangements of the type described above, the toroidal Container transversely to the ring container center line at least one electrically insulating Have butt joint to prevent the container itself from being shorted out Winding of the transformer is effective. This joint or points is or are during the discharge is exposed to ion bombardment and ultraviolet rays, leading to breakdown of the insulation. The object of the invention is To provide a device by which such breakdown of the insulation can be prevented.

Es wird daher bei einer Einrichtung zur Erzeugung von hochtemperierten Gasentladungen, bestehend aus einem das Gas enthaltenden Ringbehälter mit starker elektrisch leitender Wandung, die zumindest eine elektrisch isolierende, quer zur Ringbehältermittellinie verlaufende Stoßstelle aufweist, aus einem Impulstransformator zum Erzeugen einer eingeschnürten, in nur einer Richtung verlaufenden Starkstrom-Impulsringentladung im Gas und aus einer Magnetwicklung, durch die ein Magnetfeld innerhalb des Behälters parallel zur Ringbehältermittellinie zwecks Verringerung der räumlichen Unstabilitäten des Entladungskanals hervorgerufen wird, wobei der Ringbehälter mit einer Auskleidung versehen ist, die die isolierende Stoßstelle gegen die Entladung abschirmt, gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Auskleidung aus zylindrischen Segmenten besteht, die gegen den Behälter und gegeneinander isoliert sind.It is therefore used in a device for generating high-temperature Gas discharges, consisting of a ring container containing the gas with a strong electrically conductive wall, the at least one electrically insulating, transverse to Has ring container center line running joint, from a pulse transformer to generate a constricted, unidirectional heavy current impulse ring discharge in the gas and from a magnetic winding that creates a magnetic field inside the container parallel to the center line of the ring container in order to reduce spatial instabilities of the discharge channel, the ring container with a liner is provided, which shields the insulating joint against the discharge, according to the invention proposed that the lining consists of cylindrical segments, which are isolated from the container and from each other.

Zweckmäßig ist eine Kühlvorrichtung zum Kühlen der Segmente vorgesehen.A cooling device for cooling the segments is expediently provided.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden; es zeigt F i g.1 eine allgemeine perspektivische Ansicht der Anlage bzw. Einrichtung, wobei Teile der sie umgebenden Wand weggebrochen dargestellt sind und ein Teil der Einrichtung (die eine Hälfte des Kreisringhohlraumes) weggeschoben dargestellt ist, um einen Zugang zur Anlage zu ermöglichen, F i g. 2 eine Flächenansicht des Kreisringhohlraumes und im Schnitt die Transformatorkerne, F i g. 3 eine Seitenansicht des Transformatoraufbaues und des Haltejochs, F i g. 4 im vergrößerten Maßstab eine Schnittansicht durch den Kreisringhohlraum mit einer Innenauskleidung, F i g. 5 einen Schnitt entlang der Mittelachse -des Kreisringhohlraumes, der die Anordnung der Innenauskleidungen veranschaulicht, F i g. 6 im vergrößerten Maßstab im Schnitt die Einzelteile der Innenauskleidung, F i g. 7 im Schnitt die obere Haltevorrichtung für eine der Innenauskleidungen, F i g. 8 im Schnitt die untere Befestigungsvorrichtung für eine Innenauskleidung, F i g. 9 im Schnitt den Verschluß bzw. die Abdichtung zwischen den beiden Hälften des Kreisringhohlraumes, F i g. 10 im Schnitt entlang der Linie X-X der F i g. 2 die Beobachtungsfenster, die Pumpensammelbehälter und die Pumpen, F i g. 11 eine Teilschnittansicht entlang der Linie XI-XI der F i g.10 und F i g, 12 ein Schaubild über .die wichtigsten elektrischen Schaltungen und die Gaskreisläufe der Anlage.The invention will now be described in more detail using an exemplary embodiment be explained; FIG. 1 shows a general perspective view of the installation or device, with parts of the surrounding them Wall broken away are shown and part of the device (one half of the circular ring cavity) is shown pushed away to allow access to the system, F i g. 2 is a plan view of the circular ring cavity and the transformer cores in section, F i g. 3 is a side view of the transformer assembly and the retaining yoke, FIG. 4, on an enlarged scale, is a sectional view through the annular cavity with a Inner lining, FIG. 5 a section along the central axis of the circular ring cavity, which illustrates the arrangement of the interior linings, FIG. 6 in the enlarged Scale in section the individual parts of the inner lining, F i g. 7 in section the upper holding device for one of the inner linings, FIG. 8 in section the lower fastening device for an inner lining, FIG. 9 in section the Closure or seal between the two halves of the circular ring cavity, F i g. 10 in section along the line X-X of FIG. 2 the observation windows, the pump sumps and pumps, FIG. 11 is a partial sectional view taken along the line XI-XI of FIGS. 10 and 12 shows a diagram of the most important electrical Circuits and the gas circuits of the system.

Es sei zunächst auf die F i g. 1 bis 3 Bezug genommen. Ein metallisches hohles Ringgefäß T ist in gleichartige Hälften 1 aufteilbar ausgebildet, die jeweils auf einem mit Rädern versehenen Fahrgestell 2 befestigt sind. In der F i g.1 ist eine Hälfte des Ringgefäßes von der anderen Hälfte weggezogen dargestellt, wobei sich die andere Hälfte in ihrer normalen Betriebsstellung befindet. F i g. 2 zeigt die beiden Ringgefäßhälften an den Flanschen 3 miteinander verbunden. Die Transformatorkerne 4 sind so angeordnet, daß sie das Ringgefäß an diametralen Stellen umgeben. Die beiden Kerne 4 werden innerhalb eines im wesentlichen die Form eines Jochs 5 (F i g. 3) aufweisenden Aufbaues gehalten, wobei das Ganze innerhalb einer massiven biologischen Betonabschirmung S untergebracht ist. Nähere Einzelheiten der Abmessungen der Einrichtung werden im nachfolgenden gegeben. Zur Erleichterung des Verständnisses sei an dieser Stelle jedoch darauf hingewiesen, daß der mittlere Durchmesser des Ringgefäßes etwa 3,05 m beträgt.Let us first refer to FIG. 1 to 3 referred to. A metallic one hollow ring vessel T is designed to be divided into halves 1 of the same type, each of which are mounted on a chassis 2 provided with wheels. In the Fig.1 is one half of the ring vessel shown pulled away from the other half, wherein the other half is in its normal operating position. F i g. 2 shows the two halves of the ring vessel are connected to one another at the flanges 3. The transformer cores 4 are arranged so that they surround the ring vessel at diametrical points. the both cores 4 are essentially in the form of a yoke 5 (F i g. 3) exhibiting structure, the whole within a massive biological concrete shield S is housed. More details of the dimensions the facility are given below. To facilitate understanding it should be noted at this point, however, that the mean diameter of the Ring vessel is about 3.05 m.

Auf jeden Transformatorkern 4 ist eine Starkstromwicklung 6 aus Kupfer großem Querschnitts gewickelt. Jede Transformatorwicklung 6 besteht aus einzelnen parallelgeschalteten Wicklungen (Primärwicklung). Die Sekundärwicklung des Transformators bildet die ringförmige Gasentladung. Einen im wesentlichen gleichen Aufbau aus einzelnen Wicklungen 11, deren Anschlüsse auf der gegenüberliegenden Seite des Transformatorkerns liegen, zeigt die auf jedem Kern vorgesehene Gleichstrom-Vorspannungswicklung.A heavy current winding 6 made of copper with a large cross section is wound onto each transformer core 4. Each transformer winding 6 consists of individual windings connected in parallel (primary winding). The secondary winding of the transformer forms the ring-shaped gas discharge. The DC bias winding provided on each core shows an essentially identical structure of individual windings 11, the connections of which are on the opposite side of the transformer core.

Eine elektrische Isolation 20, 21 ist zwischen den Flanschen 3 des Ringgefäßes, wie aus der F i g. 9 ersichtlich ist, vorgesehen, um zu verhindern, daß das metallische Ringgefäß selbst als Kurzschlußwindung wirkt. Auf dem Ringgefäß ist eine Stabilisierungswicklung 16 (F i g. 2) zur Erzeugung eines im Inneren des Ringgefäßes in Achsrichtung verlaufenden Magnetfeldes vorgesehen; dieses Magnetfeld dient zur weitgehenden Behebung der Unstabilitäten der Gasentladung. Die Wicklung 16 ist in elf Formstücken bzw. Halteformen 16a, 16b und 16c auf jedem Quadrant des Kreisringhohlraumes untergebracht. Aus Gründen der Vereinfachung sind diese Formstücke nur auf einem Quadranten in der F i g. 2 dargestellt.An electrical insulation 20, 21 is between the flanges 3 of the ring vessel, as shown in FIG. 9 can be seen, provided in order to prevent the metallic ring vessel itself from acting as a short-circuit winding. A stabilizing winding 16 (FIG. 2) is provided on the ring vessel for generating a magnetic field running in the interior of the ring vessel in the axial direction; this magnetic field is used to largely eliminate the instabilities of the gas discharge. The winding 16 is accommodated in eleven shaped pieces or holding forms 16a, 16b and 16c on each quadrant of the circular ring cavity. For the sake of simplicity, these fittings are only shown on one quadrant in FIG. 2 shown.

Das Ringgefäß T ist, wie aus der F i g. 2 ersichtlich ist, aus einer Mehrzahl kurzer zylindrischer Abschnitte hergestellt. An der äußeren Peripherie des Ringgefäßes sind auf einer zur Verbindungslinie der Flansche 3 senkrecht verlaufenden Linie Kammern 7 vorgesehen, die mit Fenstern 8 zur Beobachtung der Gasentladung innerhalb des Ringgefäßes ausgestattet sind.The ring vessel T is, as shown in FIG. 2 can be seen from a Multiple short cylindrical sections made. On the outer periphery of the ring vessel are on a line perpendicular to the connecting line of the flanges 3 Line chambers 7 provided with windows 8 for observing the gas discharge are equipped within the ring vessel.

Jede Hälfte 1 des Ringgefäßes T ist zumindest im Bereich eines jeden isolierten Spaltes mit einer Auskleidung versehen, um den Spalt gegen Ionenbeschuß abzuschirmen. Erfindungsgemäß besteht die Auskleidung aus einer- Reihe von Segmenten 11, wie in den F i g. 4 und 5 dargestellt ist. Jedes Segment wird oben und unten durch elektrisch isolierte und einregelbare Mittel, die in den F i g. 7 und 8 veranschaulicht sind, unabhängig gehalten. Jedes Segment 11 überlappt sein Nachbarsegment, und beide Segrnente werden jeweils durch eine Isolierabdichtung voneinander getrennt gehalten. Durch diese Segmentaufteilung tritt nur ein verhältnismäßig kleiner Potentialunterschied an jeder Dichtung bzw. jedem Verschluß auf.Each half 1 of the ring vessel T is provided with a lining at least in the area of each isolated gap in order to shield the gap from ion bombardment. According to the invention, the lining consists of a series of segments 11, as shown in FIGS. 4 and 5 is shown. Each segment is top and bottom by electrically isolated and adjustable means shown in FIGS. 7 and 8 are held independently. Each segment 11 overlaps its neighboring segment, and the two segments are each kept separated from one another by an insulating seal. As a result of this segmental division, only a relatively small potential difference occurs at each seal or each closure.

Die Vorrichtung zum Evakuieren des Ringgefäßes besteht aus einem Sammelbehälter 9, den Pumpen 10 (F i g. 10 und 11), die an den Unterseiten der Kammern 7 für das Evakuieren des Zwischenraumes innerhalb der Auskleidungen befestigt sind, aus den Rohrleitungen 156 und den Pumpen 155 (F i g. 1 und 2), die mit Durchlässen in der Wand des Ringgefäßes verbunden sind; diese Durchlässe sind ungefähr im Mittelteil jedes Quadranten des Ringgefäßes (es ist nur eines der vier gleichen Pumpenpaare in den Zeichnungen dargestellt) angeordnet.The device for evacuating the ring vessel consists of a collecting container 9, the pumps 10 (Figs. 10 and 11), which are attached to the undersides of the chambers 7 for evacuating the space within the linings, the pipes 156 and the pumps 155 (Figs. 1 and 2) connected to passages in the wall of the ring vessel; these passages are arranged approximately in the middle part of each quadrant of the annular vessel (only one of the four identical pairs of pumps is shown in the drawings).

Es sei nunmehr auf die Schaltungsanordnung (F i g.12) Bezug genommen, deren Hauptbestandteile das Ringgefäß T, die Transformatorkerne 4, die Transformatorwicklungen 6, die Stabilisierungswicklungen 16 und die Vakuumpumpen 10 und 155 sind. Zur Erzeugung der Hochstromentleitungsimpulse im Ringgefäß sind eine Hochspannungs-Gleichstromquelfe 13, ein über ein Gleichrichterrohr 14 aufladbarer Kondensator 12 und ein mechanischer Schalter 15 für das Entladen des Kondensators über einen Steuerkreis hinweg, vorgesehen; dieser Steuerkreis weist die Wicklungen 6 auf, wobei nach jedem Schließen des Schalters 15 in der Wicklung 6 ein in einer Richtung fließender Strom entsteht. Die Dauer dieses Stromstoßes ist von der Zeitkonstante des Stromkreises bestimmt und kann durch Ändern der Reihen-Parallel-Schaltungsanordnung der Wicklung 6 variiert werden. Die Vorspannunngswicklung 66 ist dazu vorgesehen, die Transformatorkerne 4 in einer Richtung zu sättigen, wodurch die übermittlung eines Impulses nach der Wicklung 6 ermöglicht wird. Durch diesen Impuls erfolgt dann eine Sättigung der Transformatorkerne in der entgegengesetzten Richtung. Nach der kurzen Beschreibung der Anlage sollen nunmehr die Einzelheiten der verschiedenen Bestandteile derselben näher erläutert werden.Reference is now made to the circuit arrangement (FIG. 12), the main components of which are the annular vessel T, the transformer cores 4, the transformer windings 6, the stabilization windings 16 and the vacuum pumps 10 and 155. A high-voltage direct current source 13, a capacitor 12 that can be charged via a rectifier tube 14 and a mechanical switch 15 for discharging the capacitor via a control circuit are provided to generate the high-current discharge pulses in the ring vessel; this control circuit has the windings 6, a current flowing in one direction being produced in the winding 6 after each closing of the switch 15. The duration of this current surge is determined by the time constant of the circuit and can be varied by changing the series-parallel circuit arrangement of the winding 6. The bias winding 66 is provided to saturate the transformer cores 4 in one direction, whereby the transmission of a pulse after the winding 6 is made possible. This pulse then saturates the transformer cores in the opposite direction. After the brief description of the system, the details of the various components will now be explained in more detail.

Ras Ringgefäß T (s. die F i g. 1 und 2) besteht aus mehreren kurzen zylindrischen, aus handelsüblichem Aluminium hergestellten und zusammengeschweißten Abschnitten. Die Bohrung des Ringgefäßes beträgt 1,07 m, und der mittlere Durchmesser des Ringgefäßes beträgt 3,2 m. Das Ringgefäßvolumen beträgt demnach etwa 10 0001. Die Wandstärke des Ringgefäßes beträgt etwa 2,54 cm. Um zu vermeiden, daß das metallische Ringgefäß selbst als Kurzschlußwindung wird, muß zumindest ein isolierter Spalt vorgesehen werden. Zur Herabsetzung des Potentialunterschieds an jedem Spalt ist es wünschenswert, das Ringgefäß aus einer Vielzahl kurzer Abschnitte herzustellen, die gegeneinander isoliert sind. Um jedoch die Wirbelstromverteilung nicht zu stören, ist es von Vorteil die Anzahl der Spalte auf ein Mindestmaß zu beschränken.Ras ring vessel T (see Figs. 1 and 2) consists of several short ones cylindrical, made of commercial aluminum and welded together Sections. The bore of the ring vessel is 1.07 m and the mean diameter of the ring vessel is 3.2 m, so the volume of the ring vessel is around 10,0001. The wall thickness of the ring vessel is about 2.54 cm. To avoid the metallic Ring vessel itself as a short-circuit winding must have at least one isolated gap are provided. To reduce the potential difference at each gap it is desirable to make the ring vessel from a large number of short sections, which are isolated from each other. However, in order not to disturb the eddy current distribution, it is advantageous to keep the number of gaps to a minimum.

Aus praktischen Gründen sind zwischen den Flanschen 3 zwei Spalte vorgesehen. Die Herstellung eines isolierten vakuumdichten Verschlusses ist in der F i g. 9 im einzelnen dargestellt. Es ist keine mechanische Befestigung für das Zusammenhalten der beiden Hälften 1 des Ringgefäßes vorgesehen, da im evakuierten Zustand dieses Gefäßes der Außendruck zum Anpressen hierfür ausreicht. Jeder der benötigten Spalte wird durch eine Unterlagsseheibe 20 aus Polyäthylen ausgefüllt, weiche auf einem der Flansche 3 vermittels eines zusammengesetzten Isolationsringes 21 aus harzgetränktem und -gebundenem Holz gehalten wird. Dieser Isolationsring weist eine abgeschrägte Innenfläche 22 auf, die mit einer ergänzenden Außenfläche der Unterlagscheibe 30 zusammenpaßt. Der zusammengesetzte Ring 21 ist aus zwei Schichten gesonderter Segmente hergestellt, wobei die Verbindungsstellen in der einen Schicht relativ zu denjenigen in der anderen Schicht gestaffelt verlaufen, und er wird zum vorerwähnten Plansch 3 durch Stellschrauben 23 gesichert. Ringförmige Aluminiumeinsätze 24 sind mit inneren Schneidlippen bzw. -ansätzen 25 versehen, die zusammen mit im Schnitt schwalbenschwanzförmigen Ringen 26 zwei ƒ-förmige Gummiringe 27 gegen die Fläche eines jeden Flansches 3 pressen. Die Einsätze 24 sind leicht auswechselbar eingesetzt.For practical reasons, two gaps are provided between the flanges 3. The production of an insulated vacuum-tight closure is shown in FIG. 9 shown in detail. No mechanical fastening is provided for holding the two halves 1 of the ring vessel together, since in the evacuated state of this vessel the external pressure is sufficient for pressing it on. Each of the required gaps is filled by a washer 20 made of polyethylene, which is held on one of the flanges 3 by means of a composite insulation ring 21 made of wood soaked and bonded with resin. This isolation ring has a beveled inner surface 22 which mates with a complementary outer surface of the washer 30. The composite ring 21 is made of two layers of separate segments, the connection points in one layer being staggered relative to those in the other layer, and it is secured to the aforementioned flat 3 by adjusting screws 23. Annular aluminum inserts 24 are provided with inner cutting lips or lugs 25 which, together with rings 26 which are dovetailed in section, press two ƒ-shaped rubber rings 27 against the surface of each flange 3. The inserts 24 are easily used interchangeably.

Die zylindrischen Segmente 11 sind zur Abschirmung der beiden Spalte gegen Ionenbeschuß und ultraviolette Strahlen vorgesehen. Es sind achtundvierzig Segmente 11 vorgesehen, und somit beträgt das Potential an den Spalten zwischen jedem Segment ein Vierundzwanzigstet des Gesamtpotentials am Ringgefäß.The cylindrical segments 11 are used to shield the two gaps designed against ion bombardment and ultraviolet rays. It's forty-eight Segments 11 are provided, and thus the potential at the gaps is between each segment a twenty-fourth of the total potential at the ring vessel.

Jedes Segment 11 weist eine Rohrleitungsschleife 28 (F i g. 5 bis 8) auf, an deren jeder Seite eine zylindrische Hülse, wie in der F i g. 6 veranschaulicht ist, festgeschweißt ist, wobei die Achsen der Hülsen in einem schmalen Winkel zueinander verlaufen, um sie dadurch der Form des Kreisringhohlraumes anzupassen. Die Außenkante der einen Hülse ist, wie bei 29 angedeutet ist, aufgegabelt, während die der anderen, wie bei 30 dargestellt ist, abgesetzt bzw. verschoben ist, so daß die Kanten benachbarter Segmente miteinander verlappt bzw. verzahnt sind und die Wände des Ringgefäßes T vollständig abgeschirmt werden. Um sicherzustellen, daß sich die einander benachbarten Auskleidungssegmente nicht berühren und um eine Teilvakuumdichtung zwischen dem Raum innerhalb der Auskleidung und dem ringförmigen Zwischenraum zwischen der Auskleidung und der Wand des Kreisringhohlraumes zu schaffen, sind Isolierdichtungen 153 aus Polytetrafluoräthylen zwischen jedem Paar benachbarter Segmente eingebaut.Each segment 11 has a pipe loop 28 (FIGS. 5 to 8), on each side of which a cylindrical sleeve, as in FIG. 6, is welded in place with the axes of the sleeves at a narrow angle to one another to thereby conform to the shape of the annulus cavity. The outer edge of one sleeve is forked up, as indicated at 29, while that of the other, as shown at 30, is offset or shifted so that the edges of adjacent segments are lapped or interlocked and the walls of the annular vessel T. completely shielded. To ensure that the adjacent liner segments do not touch each other and to create a partial vacuum seal between the space within the liner and the annular space between the liner and the wall of the annulus cavity, insulating gaskets 153 of polytetrafluoroethylene are installed between each pair of adjacent segments.

Um die Stellungen der Segmente 11 nach oben und unten einregelbar zu halten, sind elektrisch isolierte und vakuumdichte Halter vorgesehen, wie jeweils aus den F i g. 7 und 8 ersichtlich ist. Wie aus den F i g. 4 und 7 zu entnehmen ist, bestght jeder obere Halter aus einer Buchse 31 aus Isolierstoff, die über eine C?ffnung in der Wand des Ringgefäßes T festschraubbar ist und eine Vakuumdichtung 32 aufweist. Ein Schraubenbolzen 33 mit Rändelmutter 34, die mit einer Platte 35 eine Wirkverbindung eingeht, ist in ein Nebenstück 36 hineingeschraubt, daß am Oberteil des Auskleidungssegmentes 11, und zwar dort, wo sich die Rohrleitungsschleife 28 befindet, festgeschweißt ist.The positions of the segments 11 can be adjusted upwards and downwards To hold, electrically insulated and vacuum-tight holders are provided, as each from FIGS. 7 and 8 can be seen. As shown in FIGS. 4 and 7 is, each upper holder consists of a bushing 31 made of insulating material, which has a The opening in the wall of the ring vessel T can be screwed tight and a vacuum seal 32 has. A screw bolt 33 with knurled nut 34, which is connected to a plate 35 an operative connection enters into, is screwed into a secondary piece 36 that on the upper part of the lining segment 11, specifically where the pipeline loop 28 is welded in place.

Die den Bolzen 33 aufnehmende Bohrung in der Buchse 31 ist erweitert, um sicherzustellen, daß der Bolzen lotrecht hängt; eine Vakuumdichtung zwischen dem Bolzen und der Buchse wird vermittels einer Platte 37 und eines EJ-förmigen Ringverschlusses 37a erreicht. Das Auskleidungssegment 11 kann durch die Rändelmutter 34 somit lotrecht eingestellt werden. Eine horizontale bzw. waagerechte Einregelung kann dadurch erreicht werden, daß ein großer Spielraum zwischen der Buchse 31 und den Schraubenbolzen vorgesehen wird, mit denen die Buchse am Ringgefäß T befestigt ist.The bore in the bushing 31 receiving the bolt 33 is enlarged to ensure that the bolt hangs vertically; a vacuum seal between the bolt and the bushing is achieved by means of a plate 37 and an EJ-shaped ring lock 37a . The lining segment 11 can thus be adjusted vertically by means of the knurled nut 34. A horizontal or horizontal adjustment can be achieved in that a large clearance is provided between the socket 31 and the screw bolts with which the socket is attached to the ring vessel T.

Wie aus der F i g. 8 ersichtlich ist, besteht jeder untere Halter aus einer walzenförmigen Buchse 38 aus Isolierstoff, die einen kreisförmigen Flansch 39 aufweist. Die Buchse 38 ist mit einer Vakuumdichtung 80 -ausgestattet, und zwar dort, wo sie durch eine Öffnung in der Wand des Ringgefäßes T hindurchgeführt ist; diese Buchse 38 kann in lotrechter Richtung vermittels dreier Einstellschrauben 81, die mit gleichem Abstand voneinander rund um den Flansch 39 angeordnet und in eine metallische Druckplatte 82 hineingeschraubt sind, und vermittels dreier Stellschrauben 83 eingefluchtet werden, die in abwechselnder Folge mit den Schrauben 81 rund um den Flansch 39 angeordnet und in das Ringgefäß T hineingeschraubt sind. Die Stellschrauben 83 sitzen lose im Flansch 39 und in der Platte 82 und sind mit Muttern 84 versehen. Somit werden die Enden der Einstellschrauben 81 gegen das Ringgefäß durch die auf den Stellschrauben 83 befindlichen Muttern 84 gehalten; die lotrechte Stellung und Ausrichtung der Buchse 38 kann durch die Einstellschraube 81 einreguliert werden.As shown in FIG. 8, each lower holder consists of a cylindrical bush 38 made of insulating material, which has a circular flange 39. The socket 38 is equipped with a vacuum seal 80, specifically where it is passed through an opening in the wall of the ring vessel T; this socket 38 can be aligned in the vertical direction by means of three adjusting screws 81, which are arranged at the same distance from one another around the flange 39 and screwed into a metal pressure plate 82, and by means of three adjusting screws 83, which alternate with the screws 81 around the flange 39 is arranged and screwed into the ring vessel T. The set screws 83 sit loosely in the flange 39 and in the plate 82 and are provided with nuts 84 . Thus, the ends of the adjusting screws 81 are held against the ring vessel by the nuts 84 located on the adjusting screws 83; the vertical position and alignment of the bushing 38 can be adjusted by means of the adjusting screw 81.

Eine scheibenförmige Rohrleitungsarmatur 85 (s. die F i g. 5) ist am unteren Mittelpunkt eines jeden Auskleidungssegmentes 11 befestigt. Sie nimmt die Enden der Rohrleitungsschleife 28 auf. Zwischen der Rohrleitungsarmatur 85 und der Buchse 38 ist ein Dichtungsring 88 vorgesehen. Zwei Schraubenbolzen 89, die durch die dicken Wandteile der Buchse 38 hindurchgeführt sind, sichern die vorerwähnte Armatur gegen die Buchse.A disk-shaped pipe fitting 85 (see FIG. 5) is attached to the lower center point of each liner segment 11. It picks up the ends of the pipe loop 28 . A sealing ring 88 is provided between the pipe fitting 85 and the socket 38. Two screw bolts 89, which are passed through the thick wall parts of the socket 38, secure the aforementioned fitting against the socket.

Einzelheiten der Fensterkammer 7 und der zugeordneten Pumpen sind in den F i g. 10 und 11 dargestellt. Jede Kammer besteht aus einem Aluminium- Schmiedestück, das so ausgebildet ist, daß es zwischen Flanschen 40 an benachbarten Abschnitten des Ringgefäßes T befestigt werden kann. Schlitzartige Glasfenster 8 sind an der Vorderseite und an den oberen Flächen der Kammer 7 vorgesehen; ein zylindrischer Sammelbehälter 9 ist an deren Unterseite befestigt, wobei eine elektrisch isolierende Platte 41 eingebaut ist. Entlang der Unterseite des Sammelbehälters 6 befindet sich ein weiteres Fenster 42, und zwar in Ausfluchtung zum oberen Fenster B. Der Sammelbehälter 9 steht in Verbindung mit einem T-Stück 43 (s. auch F i g. 1), an dessen Schenkeln eine Diffpsions- bzw. Austauschpumpe 10 mit einem Innendurchmesser von 35,56 cm befestigt ist. Die acht Pumpen 155 weisen einen Innendurchmesser von 15,24 cm auf und stehen durch Rohrleitungen 156 und Flanschverbindungen 158 mit kurzen Rohrlängen 157 in Verbindung (F i g. 2), die vermittels Flanschverbindungen mit Öffnungen in der Wand des Ringgefäßes verbunden sind. Die Flanschverbindungen 158 sind mit Polyäthylendichtungen (nicht dargestellt) ausgestattet, um die Isolation des Ringgefäßes aufrechtzuerhalten. Eine ähnliche Isolation ist an den verschiedenen anderen Gas- und Flüssigkeitsverbindungsstellen, die mit dem Ringgefäß und dem Auskleidungssystem bestehen, vorgesehen. Alle zwölf Pumpen sind an eine gemeinsame Rückleitung angeschlossen.Details of the window chamber 7 and the associated pumps are shown in FIGS. 10 and 11 shown. Each chamber consists of a forged aluminum piece which is designed so that it can be secured between flanges 40 on adjacent sections of the annular vessel T. Slit-like glass windows 8 are provided on the front and on the upper surfaces of the chamber 7; a cylindrical sump 9 is attached to the bottom thereof, with an electrically insulating plate 41 built therein. A further window 42 is located along the underside of the collecting container 6, to be precise in alignment with the upper window B. The collecting container 9 is connected to a T-piece 43 (see also FIG. 1), on whose legs a diffusion - or replacement pump 10 is attached with an inner diameter of 35.56 cm. The eight pumps 155 have an inner diameter of 15.24 cm and are connected by pipes 156 and flange connections 158 with short pipe lengths 157 (FIG. 2), which are connected by means of flange connections to openings in the wall of the annular vessel. The flange connections 158 are fitted with polyethylene seals (not shown) to maintain the isolation of the ring vessel. Similar insulation is provided at the various other gas and liquid junctions that exist with the annulus and liner system. All twelve pumps are connected to a common return line.

Bei einer mit Deuterium arbeitenden Anlage können Öldiffusionspumpen verwendet werden, wobei zugelassen wird, daß sich das Pumpenöl mit Deuterium sättigt. Bei einer mit Tritium arbeitenden Anlage kommen vorzugsweise Quecksilberpumpen zur Verwendung, wobei in ausreichender Weise bekannte Vorsichtsmaßnahmen, beispielsweise Sicherstellung einer niedrigen Rückdiffusion und wirksame Kühlfallen, angewandt werden, um dadurch eine Rückdiffusion des Quecksilbers in das aus Aluminium bestehende Ringgefäß hinein zu verhindern.In a system that works with deuterium, oil diffusion pumps may be used, allowing the pump oil to become saturated with deuterium. In a system that works with tritium, preference is given to using mercury pumps Use, taking sufficiently known precautions, for example Ensuring low back diffusion and effective cold traps are used in order to allow the mercury to diffuse back into the aluminum To prevent ring vessel from getting inside.

F i g.11 veranschaulicht ebenfalls, wie die Auskleidungen 11 in der Nähe der Fensterkammern mit den Seitenwänden 165 der Fensterkammern in Teilvakuumdichtungen zusammentreffen, die durch ringförmige Ausnutzungen 164 geschaffen werden, die auf den Außenflächen dieser Wände ausgebildet sind. Isolierstoff 153 ist zwischen den Auskleidungen und den Ausnutzungen in einer ähnlichen Weise wie zwischen benachbarten Auskleidungen vorgesehen.Figure 11 also illustrates how the liners 11 near the window chambers meet the side walls 165 of the window chambers in partial vacuum seals created by annular recesses 164 formed on the outer surfaces of these walls. Insulating material 153 is provided between the liners and the recesses in a manner similar to that between adjacent liners.

Eine Sonde 124 ist in der einen Seitenwand der einen Fensterkammer befestigt, wobei die Sonde ähnlich wie eine Automobilzündkerze mit einer verlängerten und rechtwinkligen Mittelelektrode ausgestattet ist.A probe 124 is in one side wall of one window chamber attached, the probe similar to an automobile spark plug with an elongated and right-angled center electrode.

Wie aus den F i g.1 und 3 zu entnehmen ist, werden die Transformatorkerne 4, die eine ringförmige Gestalt aufweisen, innerhalb eines Jochaufbaues 5 gehalten. Dieser Jochaufbau besteht aus zwei einander ähnlichen Endbauteilen 50, die aus Stahlplatte und -kanal hergestellt sind, und zwar jeweils so, wie dies in der Seitenansicht gemäß der F i g. 3 dargestellt ist. Die Bauteile 50 sind auf einer Grundfläche 51. befestigt, die aus Stahlkanälen gebildet ist, und sie sind miteinander durch eine Anzahl seitlicher Zugbolzen 52 verbunden.As can be seen from FIGS. 1 and 3, the transformer cores 4, which have an annular shape, are held within a yoke structure 5. This yoke structure consists of two similar end members 50, which are made of steel plate and channel, in each case as shown in the side view according to FIG. 3 is shown. The components 50 are fastened on a base surface 51 , which is formed from steel channels, and they are connected to one another by a number of lateral tie bolts 52.

Jeder Kern 4 besteht aus einer Anzahl ringförmiger, plattenähnlicher Elemente 53 (s. die F i g. 2), die jeweils aus spiralförmig gewickelten, kalt reduzierten Transformator-Stahlstreifen 47 hergestellt sind; diese Stahlstreifen sind jeweils zwischen inneren und äußeren Stahlringen 48 und 49 gehalten. Zu jedem Kern sind jeweils zwölf Elemente 53 von voller Größe vorgesehen, wobei jedes Element einen Innendurchmesser von 1,520 m, einen Außendurchmesser von 3,05 m und eine Wandstärke von 10,8 cm aufweist. An jedem Ende sind drei Elemente 54 von abgestufter Größe zusammen mit großen und kleinen ringförmigen Platten 55 und 56 vorgesehen, die aus harzgetränktem und -gebundenem Holz hergestellt sind.Each core 4 consists of a number of ring-shaped, plate-like elements 53 (see FIG. 2), each of which is made from helically wound, cold-reduced transformer steel strips 47 ; these steel strips are held between inner and outer steel rings 48 and 49 , respectively. Twelve full-size elements 53 are provided for each core, each element having an inside diameter of 1.520 m, an outside diameter of 3.05 m, and a wall thickness of 10.8 cm. At each end three elements 54 of graduated size are provided along with large and small annular plates 55 and 56 made of resin soaked and bonded wood.

Jeder Kern ruht auf zehn Trägern 57, die sich zwischen den Endbauteilen 50 des Jochaufbaues 5 erstrecken. Er wird an jedem Ende durch acht Arme 58 gehalten, die sich in radialer Richtung nach innen vom Endbauteil 50 weg erstrecken, und er wird gegen die äußere Isolierplatte 56 jeweils durch zwei Schraubenbolzen 59 gesichert. Durch den Kern hindurch erstrecken sich keine Zugbolzen, sondern die Elemente 53 werden durch Enddruck zusammengehalten, welcher durch den Aufbau 5 über die Arme 58 hinweg ausgeübt wird.Each core rests on ten beams 57 which extend between the end members 50 of the yoke structure 5. It is held at each end by eight arms 58 which extend radially inwardly away from the end member 50 , and it is secured to the outer insulating plate 56 by two screw bolts 59 in each case. No tension bolts extend through the core, but rather the elements 53 are held together by the end pressure exerted by the structure 5 over the arms 58.

Die Wicklung auf jedem Kern besteht aus vierundfünfzig einzelnen Schleifenwindungen (F i g. 2), von denen jede etwa 5,50 m lang ist und aus gummiisoliertem Kabel besteht, das für maximal 11 kV ausgelegt ist; dieses Kabel hat annähernd 2,87 cm Außendurchmesser und erstreckt sich durch die Isolationsrohre 60 hindurch und wird .durch Klemmen 61, die an den Außenisolationsplatten 56 befestigt sind, gehalten. Die siebenundzwanzig Erregerwicklungen 6, nach welchen der Impuls übermittelt wird, sind schrägschraffiert angedeutet; sie sind in Gruppen zu dreien angeschlossen, die an ihren Enden durch Bindeglieder 62 miteinander verbunden sind. Das eine Ende jeder Gruppe ist durch ein Bindeglied 63 mit dem anderen Ende der nächsten Gruppe verbunden; dadurch werden der Wirkung nach neun Windungen auf jedem Kern geschaffen, die durch ein Bindeglied 64 in Reihenschaltung miteinander verbunden werden, um dadurch eine Gesamtsumme von achtzehn Windungen zwischen den Anschlüssen 65 zu ergeben. Die siebenundzwanzig Vorspannungswicklungen 66 sind auf der gegenüberliegenden Fläche des Kerns miteinander verbunden; sie sind so angeschlossen, daß die drei Gruppen von neun parallelgeschalteten Wicklungen bilden, wobei die drei Gruppen in Reihe angeschlossen sind. Die Vorspannungswicklungen auf den beiden Kernen sind ebenfalls in Reihe angeschlossen und ergeben dadurch sechs in Reihe geschaltete Windungen. Die Enden der Erreger- und Vorspannungswicklungen sind nach außen geführt und mit Anschlüssen 67 (F i g. 1) verbunden.The winding on each core consists of fifty-four individual loop turns (Fig. 2), each of which is approximately 5.50 m long and consists of rubber-insulated cable, which is designed for a maximum of 11 kV; this cable is approximately 2.87 cm in outside diameter and extends through the insulation tubes 60 and is .by clamping 61, which are attached to the outer insulation plates 56, held. The twenty-seven Excitation windings 6, after which the pulse is transmitted, are hatched indicated; they are connected in groups of three that run through at their ends Links 62 are interconnected. One end of each group is through a link 63 connected to the other end of the next group; thereby become the effect of nine turns is created on each core by a link 64 can be connected in series to create a grand total of eighteen turns between the terminals 65. The twenty-seven Bias windings 66 are on the opposite face of the core from one another tied together; they are connected so that the three groups of nine are connected in parallel Form windings with the three groups connected in series. The bias windings on the two cores are also connected in series and thus result six turns connected in series. The ends of the excitation and bias windings are led to the outside and connected to connections 67 (FIG. 1).

Die Stabilisierungswicklungen 16 auf dem Ringgefäß T sind nur in der F i g. 2 dargestellt und auch in dieser aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung nur eine auf einem Quadranten. Auf jedem Quadranten ist diese Wicklung in neun Formstücken bzw. Halteformen 16 b in einem Formstück 16a, das in der Nähe der Flansche 3 liegt, und in einem Formstück 16 c untergebracht, das sich in der Nähe der Fensterkammer 7 befindet. Die Formstücke 16 b enthalten jeweils drei Schichten zu fünf Windungen, während das Formstück 16a vier Schichten zu fünf Windungen und das Formstück 16c sechs Schichten zu vier Windungen aufweist; dabei ermöglichen die zusätzlichen Windungen an den Endformstücken jedes Quadranten einen Ausgleich für den größeren Zwischenraum der Endformstücke, die durch die Flansche 3 und Kammern 7 erforderlich sind, um ein im wesentlichen konstantes Magnetfeld entlang der Mittelachse des Ringgefäßes zu ergeben. Die vollständige Wicklung 16 besteht somit aus siebenhundertsechzehn in Reihe geschalteten Windungen, und eine Stromleistung von 1200 Ampere ergibt ein Magnetfeld von ungefähr 1000 Gauß. Die Wicklungen 16 werden aus einer üblichen Gleichstromquelle 17 (F i g.12) gespeist.The stabilizing windings 16 on the ring vessel T are only shown in FIG. 2 and also in this one on one quadrant for the sake of simplifying the illustration. On each quadrant, this winding is accommodated in nine shaped pieces or holding forms 16 b in a shaped piece 16 a, which is located near the flanges 3, and in a shaped piece 16 c, which is located near the window chamber 7. The fittings 16b each contain three layers of five turns, while the fitting 16a has four layers of five turns and the fitting 16c has six layers of four turns; The additional windings on the end fittings of each quadrant compensate for the larger space between the end fittings which are required by the flanges 3 and chambers 7 in order to produce a substantially constant magnetic field along the central axis of the annular vessel. The complete winding 16 thus consists of seven hundred and sixteen turns connected in series, and a current of 1200 amperes results in a magnetic field of approximately 1000 Gauss. The windings 16 are fed from a conventional direct current source 17 (FIG. 12).

Es sei nunmehr auf das Schaltdiagramm (F i g.12) Bezug genommen. Die Leistung wird einer üblichen 27-kV-Gleichstromquelle 13 entnommen, die einen Dreiphasentransformator und einen Gleichrichter aufweist. Der Kondensator 12 hat eine Kapazität von 1600 lF und kann auf 25 kV aufgeladen werden. Er besteht aus zweiundfünfzig mineralölgetränkten, papierisolierten Kondensatoren von jeweils 31 J, die parallel geschaltet sind. Das Aufladen wird über einen Grenzwiderstand 100 von etwa 20 Ohm und über das Triodenrohr 14 (Osram-Type E 1872) linear bewirkt. Das Triodenrahr ist an einen Heiztransformator 101 mit Stromquelle 102 angeschlossen. Die Potentialzufuhr 103 für das Gitter der Triode 14 wird durch ein motorgetriebenes Zeitgeberaggregat 104 gesteuert.Reference is now made to the circuit diagram (FIG. 12). The power is taken from a conventional 27 kV direct current source 13, which has a three-phase transformer and a rectifier. The capacitor 12 has a capacity of 1600 lF and can be charged to 25 kV. It consists of fifty-two mineral oil-soaked, paper-insulated capacitors of 31 J each, which are connected in parallel. Charging is effected linearly via a limit resistor 100 of approximately 20 ohms and via the triode tube 14 (Osram type E 1872). The triode tube is connected to a heating transformer 101 with a current source 102 . The potential supply 103 for the grid of the triode 14 is controlled by a motor-driven timer unit 104 .

Der Kondensator 12 wird über die Wicklung 6 durch den Schnellschalter 15 entladen, dessen beide Kontakte für eine Betriebsspannung von 25 kV isoliert sind; dieser Schalter ist in der Lage, 90 Kiloampere innerhalb 500 Mikrosekunden zu schließen. Der Schalter ist ein druckluftbetätigter Schalter. Die Kontaktabnutzung wird dadurch auf ein Mindestmaß herabgesetzt, daß ein großer Sättigungstransformator 105 zwischengeschaltet wird, der von einer Gleichstromquelle 106 her über eine Sperrdrossel 107 vorgespannt wird. Wenn die Wicklungen 6 so angeschlossen sind, daß sie ein Windungsverhältnis von 9:1 ergeben, muß die Induktivität des Transformators 105 geringer als 100 wH betragen. Ein Widerstand 162 von etwa 100 Ohm ist parallel zum Transformator 105 geschaltet, um einen Strom von bis zu etwa 200 Ampere über die Wicklungen 6 während der Schalterzeit fließen zu lassen.The capacitor 12 is discharged via the winding 6 by the high-speed switch 15, the two contacts of which are isolated for an operating voltage of 25 kV; this switch is able to close 90 kiloamps in 500 microseconds. The switch is an air operated switch. The contact wear is reduced to a minimum in that a large saturation transformer 105 is interposed, which is biased from a direct current source 106 via a blocking choke 107. If the windings 6 are connected so that they give a turns ratio of 9: 1, the inductance of the transformer 105 must be less than 100 wH. A resistor 162 of about 100 ohms is connected in parallel with the transformer 105 to allow a current of up to about 200 amps to flow through the windings 6 during the switch time.

Im Hauptimpulsstromkreis, der in Reihe mit dem Sättigungstransformator 105 geschaltet ist, befindet sich ebenfalls ein nichtlinearer Widerstand 109. Der nichtlineare Widerstand 109 besteht aus .einer Bank von 300 Metrosil-(eingetragene Handelsmarke)-Einheiten, die in Parallelschaltung angeschlossen sind, um dadurch die Rückwärtsspannung beim überschwingen im Impulssteuerkreis auf weniger als 10% des Höchstwertes der Vorwärtsspannung herabzusetzen bzw. zu verringern und somit den Kondensator 12 zu schützen. Als eine weitere Schutzmaßnahme ist über der Wicklung 6 eine zündstiftgesteuerte Entladungsröhre 163 (B. T. H. Type BK 178) zwischengeschaltet, die durch einen Impuls von einem Steuerkreis 166 her gesteuert wird, wenn die Spannung am Potentiometer 118 sich umzukehren beginnt.In the main pulse current loop which is connected in series with the saturation of transformer 105, there is also a non-linear resistor 109. The non-linear resistor 109 consists of .One bank 300 Metrosil- (Registered Trade Mark) units which are connected in parallel, thereby the Reduce or reduce the reverse voltage when overshooting in the pulse control circuit to less than 10% of the maximum value of the forward voltage and thus protect the capacitor 12. As a further protective measure, an ignition pin-controlled discharge tube 163 (BTH Type BK 178) is connected over the winding 6, which is controlled by a pulse from a control circuit 166 when the voltage at the potentiometer 118 begins to reverse.

Der Gasentladungsstrom im Ringgefäß T wird durch eine zwei Windungen aufweisende toroidale Rögowski-Aufnahmespule 110- -überwacht, die um das Ringgefäß gewickelt ist. Falls der Gasstrom innerhalb etwa 0,5 Millisekunden nach dem Schließen des Schalters 15 nicht ansteigt, wird der Ausgang von der Spule 110 dazu verwendet, einen Steuerkreis 112 einer zündstiftgesteuerten Entladungsröhre 113 (B. T. H. Bauart BK 178) auszulösen, so daß die Röhre 113 gezündet wird und die Wicklungen 6 über eine 2-Ohm-Widerstandsbank 114 kurzgeschlossen werden. Der die Röhre 113 zündende Impuls wird im Steuerkreis 112 von der rückwärtigen Kante eines Impulses hervorgerufen, der von einer Wicklung 159 auf dem Transformator 105 her erhalten wird; dieser Zündimpuls wird normalerweise durch denjenigen Impuls zurückgehalten, der von der Spule 110 her erhalten wird.The gas discharge current in the ring vessel T is monitored by a two-turn toroidal Rögowski pick-up coil 110- which is wound around the ring vessel. If the gas flow does not increase within about 0.5 milliseconds after the switch 15 is closed, the output from the coil 110 is used to trigger a control circuit 112 of a spark plug controlled discharge tube 113 (BTH type BK 178) so that the tube 113 is ignited and the windings 6 are short-circuited via a 2-ohm resistor bank 114. The pulse igniting tube 113 is generated in control circuit 112 by the trailing edge of a pulse received from winding 159 on transformer 105 ; this ignition pulse is normally held back by that pulse which is received from the coil 110 .

Als weitere überwachungs- bzw. Warngeräte sind vorgesehen ein Oszilloskop 117, das von einem Anschluß am Potentiometer 118 her betätigt wird, um die Kondensatorspannung anzuzeigen, ein Oszilloskop 119, das von einer induktiven Kopplung 120 im Impulskreis her gesteuert wird, um dadurch den Primärimpulsstrom anzuzeigen, und ein Oszilloskop 121 auf, das von einem Anschluß an einem Potentiometer 122 her betätigt wird, das über eine Wicklung auf einem der Kerne angeschlossen ist, um dadurch die Spannung in der vorerwähnten Wicklung anzuzeigen. Ein Oszilloskop 123 ist ebenfalls mit der Gasstromüberwachungsspule 110 verbunden, um dadurch den Gasstrom im Ringgefäß anzuzeigen. Die Zeitbasen für diese Oszilloskopen werden über eine Leitung 161 von einem Zeitsteuerkreis 160 her getriggert, der von der Wicklung 159 her getriggert wird. Es sind zwei Zeitbasengeschwindigkeiten verfügbar. Es können zwei Hughes-»Memotron«-Speicheroszilloskope (nicht dargestellt) zwischengeschaltet werden, um die Wellenformen an ausgewählten Punkten im Steuerkreis zu beobachten.An oscilloscope 117, which is operated from a connection on the potentiometer 118 to display the capacitor voltage, and an oscilloscope 119, which is controlled by an inductive coupling 120 in the pulse circuit, to thereby display the primary pulse current are provided as further monitoring or warning devices , and an oscilloscope 121 which is operated from a terminal on a potentiometer 122 connected through a winding on one of the cores to thereby display the voltage in the aforesaid winding. An oscilloscope 123 is also connected to the gas flow monitoring coil 110 to thereby display the gas flow in the ring vessel. The time bases for these oscilloscopes are triggered via a line 161 from a timing control circuit 160 which is triggered by the winding 159. There are two time base speeds available. Two Hughes "Memotron" storage oscilloscopes (not shown) can be interposed to observe the waveforms at selected points in the control circuit.

Die Sonde 124 (s. auch die F i g. 10) dient zur zeitlichen Überwachung der Ionisation im Gas im Ringgefäß T vor der Hauptentladung. Diese Ionisation wird durch Übermittlung einer Hochfrequenzspannung von einer Spannungsquelle 126 her hervorgerufen, und zwar zwischen zwei Auskleidungssegmenten 125, die mit Abstand voneinander etwa auf halbem Wege auf der Rundung zweier benachbarter Quadranten des Ringgefäßes angeordnet sind. Die Hochspannungsfrequenz beträgt etwa 3 MHz, und die Spannung ist zwischen 500 und 1000 Volt einregelbar, um einen Strom von etwa 5 Ampere zu ergeben. Diese Hochfrequenzspannung wird kontinuierlich übermittelt, ausgenommen während des Hauptimpulses, wo sie durch ein Signal vom Zeitsteuerkreis 160 her abgeschaltet wird. Die Sonde 124 ist über einen geeigneten Steuerkreis mit dem Schnellschalter 15 verbunden, um dadurch eine Verblockung zu betätigen und zu verhindern, daß der Schalter eine Verbindung herstellt, ehe das Gas in ausreichender Weise ionisiert ist.The probe 124 (see also FIG. 10) is used to monitor the time of the ionization in the gas in the ring vessel T before the main discharge. This ionization is caused by transmission of a high-frequency voltage from a voltage source 126 ago, between two liner segments 125 spaced apart about two halfway on the rounding adjacent quadrant of the ring vessel are arranged. The high voltage frequency is about 3 MHz and the voltage can be regulated between 500 and 1000 volts to give a current of about 5 amps. This high frequency voltage is transmitted continuously, except during the main pulse, when it is switched off by a signal from the timing control circuit 160. The probe 124 is connected through a suitable control circuit to the quick switch 15 to thereby operate an interlock and prevent the switch from making a connection until the gas is sufficiently ionized.

Die Vorspannungswicklungen 66 werden mit Gleichstrom aus einer Dreiphasentransformator- und Gleichrichterquelle 127 unter Zwischenschaltung einer Drossel 128 versorgt; die Drossel 128 dient dazu, die Zufuhr von der Impulsspannung zu isolieren, die in der Vorspannungswicklung induziert wird.The bias windings 66 are supplied with direct current from a three-phase transformer and rectifier source 127 with the interposition of a choke 128; choke 128 serves to isolate the supply from the pulse voltage induced in the bias winding.

Ein Sicherheitsschalter 129 ist für den persönlichen Schutz vorgesehen, um dadurch den Kondensator 12 über den Widerstand 114 zu entladen und zu erden, ehe irgendwelche Instandsetzungsmaßnahmen an Hochspannungsteilen der Anlage bzw. Einrichtung vorgenommen werden. F i g. 12 veranschaulicht auch schematisch die Vakuumanlage und das Gasversorgungssystem, die beide aus einer Anordnung üblicher Pumpen und Rohre bestehen. Das Vakuumsystem besteht aus den vier Diffusionspumpen 10 und den acht Pumpen 155 (s. auch die F i g. 1), deren Rücklauf über eine gemeinsame Dreh-Flügelpumpe 140 (Kinney-Bauart DVD 8810) erfolgt. Die Pumpe 140 ist durch ein Ventil 141 bockiert und kann zu Beginn der Pumptätigkeit über eine Nebenschlußleitung 142, die durch ein Ventil 143 gesteuert wird, unmittelbar mit dem Ringgefäß T verbunden werden. Die Gaszufuhrvorrichtung besteht aus einem Zylinder oder aus mehreren Zylindern 144 (Deuterium- bzw. Tritiumgasdruck 2 atü), einem Speicherbehälter 145, der über eine Nickel-Glührohr-Gasleckstelle 146 und eine Rohrleitungsverbindung 147 hinweg mit einer der Fensterkammern 7 verbunden ist.A safety switch 129 is provided for personal protection in order to thereby discharge the capacitor 12 via the resistor 114 and to ground it before any repair measures are carried out on high-voltage parts of the system or facility. F i g. Figure 12 also schematically illustrates the vacuum plant and gas supply system, both of which consist of an array of conventional pumps and pipes. The vacuum system consists of the four diffusion pumps 10 and the eight pumps 155 (see also FIG. 1), the return of which takes place via a common rotary vane pump 140 (Kinney type DVD 8810). The pump 140 is blocked by a valve 141 and can be connected directly to the ring vessel T at the beginning of the pumping activity via a bypass line 142 which is controlled by a valve 143. The gas supply device consists of a cylinder or several cylinders 144 (deuterium or tritium gas pressure 2 atm), a storage container 145 which is connected to one of the window chambers 7 via a nickel glow tube gas leak 146 and a pipe connection 147.

Das im Ringgefäß erzeugte Vakuum beträgt weniger als 5 - 10-s mm Hg. Ein Betriebsgasdruck zwischen 10- und 10-3 mm Quecksilber innerhalb der Auskleidung wird nach dem Zuführen von Deuterium und/oder Tritium durch die Leckstelle 146 hindurch bei einer Pumpgeschwindigkeit von etwa 38001 je Sekunde aufrechterhalten. Der ringförmige Zwischenraum zwischen der Auskleidung und der Wand des Ringgefäßes wird vermittels der Pumpen 155 auf einen niedrigeren Druck gebracht, um das Risiko des Spannungszusammenbruchs an den Spalten zwischen den Flanschen 3 herabzusetzen bzw. zu verringern. Das Vakuumsystem kann durch das Ventil 141 von der Vorpumpe 140 und der Gaszufuhrvorrichtung 144 isoliert und als ein geschlossener Kreis behandelt werden. Gas, das von der Hochdruckseite der Diffusionspumpen 10 her kommt, wird über einen Abscheider 150 durch die Rohrleitung 148_ nach einer Zusatz- bzw. Hilfspumpe 149 geführt; diese Pumpe 149 besteht aus einer Quecksilberdampf-Diffusionspumpe und einer Toepler-Pumpe, die in Reihe geschaltet sind. Die Pumpe 149 bringt den Druck auf 2 Atmosphären und führt das Gas in den Speicherbehälter 145 zurück. Der Abscheider 150 ist in der Rohrleitung 148 vorgesehen, um irgendwelche auftretende LTnreinigkeiten zu entfernen.The vacuum generated in the ring vessel is less than 5-10-s mm Hg. An operating gas pressure of between 10- and 10-3 mm of mercury within the lining is achieved after the supply of deuterium and / or tritium through the leak 146 at a pumping speed of about Maintain 38001 per second. The annular space between the lining and the wall of the annular vessel is brought to a lower pressure by means of the pumps 155 in order to reduce or reduce the risk of stress collapse at the gaps between the flanges 3. The vacuum system can be isolated from the foreline pump 140 and gas delivery device 144 by valve 141 and treated as a closed circuit. Gas that comes from the high pressure side of the diffusion pumps 10 is conducted via a separator 150 through the pipeline 148_ to an additional or auxiliary pump 149 ; this pump 149 consists of a mercury vapor diffusion pump and a Toepler pump which are connected in series. The pump 149 brings the pressure to 2 atmospheres and returns the gas to the storage container 145 . The separator 150 is provided in the pipeline 148 in order to remove any contaminants which may arise.

Die Kühlwasserzufuhr nach den Rohrleitungsschleifen 28 der Innenauskleidungen 11 (F i g. 5 bis 8) wird durch eine Pumpe 151 und durch den Wärmeaustauscher 152 als ein geschlossenes System bewerkstelligt, wobei die abgezogene Wärme für einen beliebigen Nutzzweck verwendet werden kann.The cooling water supply after the pipeline loops 28 of the inner linings 11 (FIGS. 5 to 8) is fed through a pump 151 and through the heat exchanger 152 managed as a closed system, with the extracted heat for one can be used for any purpose.

Zum Nachweis von Neutronen sind acht BF.; - Neutronenzähler und acht von einer Indiumwand umgebene Geigerzähler, die von Paraffinwachs eingeschlossen sind, in der Nähe eines Quadranten des Ringgefäßes befestigt. Ein Kunststoff-Phosphor-Strahlungsintensitätsmesser hängt ebenfalls über dem Ringgefäß, um schnelle Neutronen und Gammastrahlen zu messen. Keiner dieser üblichen Teilchendetektoren ist in der Zeichnung dargestellt.For the detection of neutrons there are eight BF .; - Neutron counter and eight Geiger counters surrounded by an indium wall, those enclosed by paraffin wax are attached near a quadrant of the ring vessel. A plastic phosphor radiation intensity meter also hangs over the ring vessel to measure fast neutrons and gamma rays. None of these common particle detectors are shown in the drawing.

Bei Betrieb der Anlage wird zunächst das Ringgefäß T durch die Pumpen 140 grob evakuiert, wobei das Ventil 141 geschlossen und das Ventil 143 geöffnet ist. Dann werden diese beiden Ventile umgekehrt geschaltet, und die Diffusionspumpen in Betrieb gesetzt, um den Druck im Ringgefäß auf weniger als 5 - 10-s mm Hg herabzusetzen. Daraufhin wird Deuterium und/oder Tritium von der Vorrichtung 144 her nach dem Ringgefäß durch die Nickelrohrleckstelle 146 mit einer solchen Geschwindigkeit zugeführt, daß ein steter Druck von 10-4 bis 10-3 mm Hg innerhalb der Auskleidung herrscht.When the system is in operation, the ring vessel T is first roughly evacuated by the pumps 140 , the valve 141 being closed and the valve 143 being opened. Then these two valves are switched in reverse and the diffusion pumps are put into operation in order to reduce the pressure in the ring vessel to less than 5 - 10-s mm Hg. Deuterium and / or tritium is then fed from the device 144 to the ring vessel through the nickel tube leak 146 at a rate such that a constant pressure of 10-4 to 10-3 mm Hg prevails within the liner.

Unter Betrieb der Kühlwasserpumpe 151 und der Übermittlung einer Hochfrequenzleistung zwischen die Segmente 125 und unter entsprechender Erregung der Vorspannungswicklungen 66 und der Stabilisierungswicklungen 16 beginnt daraufhin eine Impulsentladung im Ringgefäß T unter der Steuerung des Zeitgebers 104. With the operation of the cooling water pump 151 and the transmission of high-frequency power between the segments 125 and with the corresponding excitation of the bias windings 66 and the stabilization windings 16, a pulse discharge then begins in the ring vessel T under the control of the timer 104.

Es sei angenommen, daß die Transformator-Primärwicklungen 6 jeweils wie dargestellt angeschlossen sind und somit ein Windungsverhältnis von 9 : 1 zwischen ihnen und der eine einzelne Windung (Gasentladungsring) aufweisenden Sekundärseite besteht. Wenn der Steuerkreis, der ebenfalls den Kondensator 12, den Sättigungstransformator 105 und den nichtlinearen Widerstand 109 einschließt, in dieser Weise angeschlossen ist, hat er eine Gesamtinduktivität von 1 mH, wovon die Transformator-Leckaustrittsinduktivität etwa die Hälfte beträgt. Die Eigenfrequenz des Steuerkreises beträgt etwa 123 Hz. Wenn der Kondensator 12 durch Schließen des Schalters 15 plötzlich in den Steuerkreis hinein entladen wird, wird ein Stromimpuls, der einen Scheitelwert von etwa 20 kA in 1,5 Millisekunden -erreicht, über die Wicklung 6 geführt, wobei er einen Stromimpuls von im wesentlichen neunfacher Höhe in das im Ringgefäß enthaltene Gas hinein induziert. Die Röhre 163 zündet, wenn die Spannung am Kondensator 12 beginnt sich umzukehren. Der Belastungswiderstand des Gases beträgt etwa 0,001 Ohm; der Scheitelwert des Gasstromes weist zumindest 180 kA auf und liegt 3 Millisekunden lang über 80 kA.It is assumed that the transformer primary windings 6 are each connected as shown and thus there is a turns ratio of 9: 1 between them and the secondary side, which has a single turn (gas discharge ring). When the control circuit, which also includes capacitor 12, saturation transformer 105, and nonlinear resistor 109 , is connected in this way, it has a total inductance of 1 mH, of which the transformer leakage inductance is about half. The natural frequency of the control circuit is about 123 Hz. If the capacitor 12 is suddenly discharged into the control circuit by closing the switch 15, a current pulse, which reaches a peak value of about 20 kA in 1.5 milliseconds, is passed through the winding 6 , whereby it induces a current pulse of essentially nine times its height into the gas contained in the ring vessel. The tube 163 ignites when the voltage on the capacitor 12 begins to reverse. The load resistance of the gas is about 0.001 ohms; the peak value of the gas flow is at least 180 kA and is over 80 kA for 3 milliseconds.

Die Ionen werden größtenteils infolge der Zusammenstöße mit den Elektronen erwärmt, und es ist eine begrenzte Zeit dafür erforderlich, daß die Ionen und die Elektronen zu einem thermonuklearen Ausgleich kommen. Unter den Betriebsverhältnissen der vorliegenden Ausführungsform liegt diese Zeit in der Größenordnung von einer Millisekunde. Aus diesem Grunde muß der Steuerkreis, der die Entladung zündet, einen Stromimpuls liefern, der mindest 1 Millisekunde dauert.The ions are largely due to the collisions with the electrons heated, and a limited time is required for the ions and the Electrons come to a thermonuclear balance. Under the operating conditions In the present embodiment, this time is on the order of one Millisecond. For this reason, the control circuit that ignites the discharge, one Deliver a current pulse that lasts at least 1 millisecond.

Der über den Widerstand 162 und die Wicklungen 6 während der 500 Mikrosekunden dauernden Vor-Funkenzeit zum Fließen kommt, wärmt das Gas im Ringgefäß vor und erhöht so dessen Ionisationsgrad, ehe die Übermittlung des Hauptimpulses stattfindet.That through resistor 162 and windings 6 during the 500 microseconds constant pre-spark time comes to flow, the gas in the ring vessel preheats and increases so its degree of ionization before the transmission of the main impulse takes place.

Das Schließen des Schalters 15 wird unter der Steuerung des Zeitgebers 104 so vorgenommen, daß ein Impuls je 10 Sekunden auftritt, wobei der Schalter für etwa 1 Sekunde geschlossen bleibt, bis der Strom merkbar auf Null abgefallen ist. Alternativ können einzelne Entladungen von Hand gestartet werden.Closure of switch 15 is made under the control of timer 104 so that one pulse occurs every 10 seconds, with the switch remaining closed for about 1 second until the current has dropped appreciably to zero. Alternatively, individual discharges can be started manually.

Die Transformatorkerne 4 werden durch die Wicklungen 66 auf 17 000 Gauß vorgespannt, und der Impuls ruft eine von Spitze zu Spitze verlaufende Schwingung in der Flußdichte von 34000 Gauß hervor. Dadurch wird die Kernfläche auf einem Mindestwert gehalten und beträgt nur 23 820 cm2.The transformer cores 4 are biased to 17,000 Gauss by the windings 66, and the pulse causes a tip-to-tip oscillation in the flux density of 34,000 Gauss. This keeps the core area to a minimum and is only 23 820 cm2.

Die Anlage kann unter hohen Spitzenleistungs-Betriebsverhältnissen arbeiten, und zwar durch Verringern der wirksamen Anzahl der Windungen der Primärwicklung 6, d. h. durch Parallelverbinden von mehr Windungen. Die Auswirkung besteht darin, daß die Eigenfrequenz des Steuerkreises erhöht und die Zeitdauer des Impulses verringert wird. Eine drei Windungen aufweisende Primärseite auf jedem Kern ergibt eine Eigenfrequenz von 900 Hz und einen Scheitelwert des Primärstroms von 90 kA.The system can operate under high peak performance conditions work by reducing the effective number of turns of the primary winding 6, d. H. by connecting more turns in parallel. The effect is that the natural frequency of the control circuit increases and the duration of the momentum is decreased. A three-turn primary on each Kern results in a natural frequency of 900 Hz and a peak value of the primary current from 90 kA.

Mit der vorbeschriebenen Einrichtung konnten Neutronen unter folgenden Betriebsverhältnissen erzeugt werden: a) Deuteriumdruck: 0,125 Ei Hg; b) Ionentemperatur: etwa 5 .1060 K (Kelvin), gemessen durch Dopplerverbreiterung; c) Scheitelwert des Gasentladungsstroms: 180 kA; d) übermitteltes Gleichstrom-Axialstabilisierungsfeld: 160 Gauß; e) Impulslänge: 3 Millisekunden (bei einem Gasstrom größer als 80 kA; f) Kondensatorspannung: 20 Volt; g) Transformatorverhältnis: 9:1.With the device described above it was possible to generate neutrons under the following operating conditions: a) Deuterium pressure: 0.125 egg Hg; b) Ion temperature: about 5.1060 K (Kelvin), measured by Doppler broadening; c) peak value of the gas discharge current: 180 kA; d) transmitted direct current axial stabilization field: 160 Gauss; e) pulse length: 3 milliseconds (for a gas flow greater than 80 kA; f) capacitor voltage: 20 volts; g) Transformer ratio: 9: 1.

Die Reaktionsprodukte sind Neutronen und energiereiche Ionen. Die Neutronen verlassen das Ringgefäß T und werden durch die biologische Abschirmung S eingefangen, während die Ionen ihre kinetische Energie den Segmenten 11 übertragen. Letztere Energieübermittlung findet in Form von Wärme statt, welche durch das Wasserkühlsystem 28, 151 und 152 abgeführt wird.The reaction products are neutrons and high-energy ions. The neutrons leave the ring vessel T and are captured by the biological shield S, while the ions transfer their kinetic energy to the segments 11 . The latter energy transfer takes place in the form of heat, which is dissipated by the water cooling system 28, 151 and 152.

Anlagen, die der vorbeschriebenen im wesentlichen gleich sind, jedoch ein größeres Ausmaß haben, können dazu verwendet werden, Deuterium auf eine Temperatur von 10110 K zu bringen. An Stelle einzelner Rohrleitungsschleifen 28 auf jedem Segment 11 kann beispielsweise eine Mehrzahl derartiger Rohrleitungen, welche die Gesamtfläche eines jeden Segmentes bedecken, vorgesehen werden. Ebenso können die dicken Wände des Ringgefäßes T mit einem Mantel versehen und die Wärme durch ein Kühl-Arbeitsmittel abgeführt werden. Der intensive Neutronenfluß, der dabei hervorgerufen wird, kann in solchen Fällen zum Spalten von Brutmaterial verwendet werden.Systems that are essentially the same as described above, however to a greater extent can be used to bring deuterium to a temperature of 10110 K. Instead of individual pipeline loops 28 on each segment 11, for example, a plurality of such pipelines, which the total area cover each segment. So can the thick walls of the ring vessel T provided with a jacket and the heat through a coolant be discharged. The intense neutron flux that is produced can in such cases can be used to split brood material.

Claims

Claims: 1. Device for generating high-temperature gas discharges, consisting of a ring container containing the gas with a strong, electrically conductive wall, which has at least one electrically insulating joint running transversely to the center line of the ring container, a pulse transformer for generating a constricted one that runs in only one direction Heavy current pulse ring discharge in the gas and from a magnetic winding, through which a magnetic field is generated inside the container parallel to the ring container center line in order to reduce the spatial instabilities of the discharge channel, the ring container being provided with a lining that shields the insulating joint against the discharge, as a result of characterized in that the lining consists of cylindrical segments (11) which are isolated from the container (T) and from each other.

2. Device according to claim 1, characterized in that a cooling device (28) is provided for cooling the segments (11). Publications considered: Zeitschrift "Elektrotechnik und Maschinenbau", Vol. 74, 1957, Issue 12, pp. 265/266; Journal "Bulletin of the Swiss Electrotechnical Association", Volume 48, No. 7, 1957, pp. 273 to 282; "Industries Atomiques" magazine, No. 9/10, 1957, pp. 20 to 28; Journal of Aplied Physics, Vol. 28, No. 5, 1957, pp. 519 to 52 1 ; Magazine »Proc. Phys. Soc. B ", Vol. 70, Part 1, No. 445 B, 1957, p. 24; Journal of Nuclear Energy, Vol. 5, 1 957, pp. 72 to 74.