DE2413686A1 - Combined containing and shielding for toroidal plasma physics plant - comprising resin bonded concrete, esp shaped as cylinder - Google Patents

Combined containing and shielding for toroidal plasma physics plant - comprising resin bonded concrete, esp shaped as cylinder

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Abstract

A combined bracing and radiation shield for toroidal plant such as stellarators or fusion reactors comprising magnetic field coils, consists of a closed housing of any geometrical shape. The arrangement pref. comprises foundations, drum wall, segmental top cover and central pressure column, of resin concrete which withstands the bursting forces and also acts as radiation shielding.

Description

Patent für "Verspannung mit Strahlenschutz?? Anwendungsgebiet Die Erfindung betrifft eine Verspannung mit Strahlenschutz für toroidal angeordnete Apparaturen wie Tokamaks, Stellaratoren, Fusionsreaktoren oder ähnliche Magnetfeldspulenanordnungen. Patent for "Bracing with radiation protection? Area of application The The invention relates to a bracing with radiation protection for toroidally arranged ones Apparatus such as tokamaks, stellarators, fusion reactors or similar magnetic field coil arrangements.

Zweck Die Anwendung dieser Erfindung erstreckt sich vorwiegend auf die z.Z. in der Plasmaphysik bekannten Apparaturen wie Tokamaks, Stellaratoren und zukünftig Fusionsreaktoren.Purpose The application of this invention extends primarily to currently Apparatus known in plasma physics such as tokamaks, stellarators and future fusion reactors.

Stand der Technik Die Apparaturen wie z.B. Tokamaks und Stellaratoren erlauben die Erzeugung und das Studium von Plasmen hoher Dichte und hoher Temperaturen in jener Größenordnung, die zur thermonuklearen Fusion benötigt werden (toroidale,oder ringförmige Plasmen).Background Art The apparatuses such as tokamaks and stellarators allow the generation and study of high density and high temperature plasmas in the order of magnitude required for thermonuclear fusion (toroidal, or annular plasmas).

Die durch das Magnetfeld der Spulen oder durch die schraubenförmig angeordneten Leiter erzeugten Kräfte müssen von den Spulenhalterungen über eine Verspannung der Spulen bis zu 100 to und mehr aufgenommen werden. Die kreisförmig angeordneten Spulen müssen somit miteinander verspannt werden.The by the magnetic field of the coils or by the helical Arranged conductor generated forces must be from the coil holders via a Bracing of the coils up to 100 tons and more can be absorbed. The circular arranged coils must therefore be clamped together.

Die von vielen Ländern-der Welt bisher bekannten und gebauten Anlagen siehe Amerika, Rußland, Frankreich, England usw. wurden in Bezug auf diese Verspannung fast ausschließlich aus Metall (z.B. V 2XA = nichtmagnetischer Stahl, wegen nicht erwünschter magnetischer Felder), nicht aber aus K u n s t -h a r z b e t o n oder anderen antimagnetischen Materialien gebaut.The systems known and built by many countries around the world see America, Russia, France, England, etc. were in relation on this tension almost exclusively made of metal (e.g. V 2XA = non-magnetic Steel, because of undesired magnetic fields), but not from K u n s t -h a r z b e t o n or other anti-magnetic materials.

Wo Strahlenschutz erforderlich ist, mußten zusätzliche Abschirmungen um die Apparatur herum aufgestellt oder angebracht werden.Additional shielding was required where radiation protection is required placed or attached around the apparatus.

Konstruktionen aus nichtmagnetischem Stahl, die Apparaturen von 8 m ß und mehr zu verspannen haben, sind konstruktiv schwierig zu lösen und weisen hohe Materialkosten auf.Constructions made of non-magnetic steel, the apparatus of 8 M ß and more have to brace, are structurally difficult to solve and wise high material costs.

Aufgabe Eine Vereinfachung zu finden, gab hier den Anlaß für eine neue Art von Verspannung (Kombination: Verspannung mit Strahlenschutz aus nichtmagnetischen Werkstoffen). Diese Lösung verzichtet auf metallische Werkstoffe und bietet außerdem ausreichenden Strahlenschutz.Task Finding a simplification gave rise to one here new type of bracing (combination: bracing with radiation protection from non-magnetic Materials). This solution dispenses with metallic materials and also offers adequate radiation protection.

Durch die vorliegende Erfindung soll eine ganz neue Art einer Verspannung aufgezeigt werden, die besonders einfach ist und in physikalischer und mechanischer Hinsicht ein besseres Produkt liefert als das bisherige Verfahren. FUr diese-Erfindung sind keine Dimensionierungen vorgeschrieben.The present invention is intended to provide a completely new type of bracing be shown, which is particularly simple and in physical and mechanical Provides a better product than the previous process. For this invention no dimensioning is required.

Lösung Die Erfindung besteht im wesentlichen darn: a) daß die Verspannung aus Kunstharzbeton besteht, die sich aus Bodenplatte, einem Kessel (bei Bedarf auch teilbar) und der Deckplatte zusammensetzt.Solution The invention consists essentially in: a) that the bracing consists of synthetic resin concrete, which consists of a base plate, a boiler (if necessary also divisible) and the cover plate.

b) daß bei Bedarf die gesamte Verspannung teilbar sein kann.b) that, if necessary, the entire bracing can be divisible.

Z.B. kann die eine Hälfte oder können auch beide Hälften auseinandergefahren werden (Grund: Montage bzw. Demontage des Plasmagefäßes). E.g. one half or both halves can be pulled apart (reason: assembly or disassembly of the plasma vessel).

c) daß die Drucksäule im Zentrum der Apparatur ebenfalls aus Kunstharzbeton und teilbar sein kann.c) that the pressure column in the center of the apparatus is also off Synthetic resin concrete and can be divisible.

d) daß eine Armierung in den einzelnen Kunstharzbetonteilen sosowohl aus Metall ( V 2 A) als auch aus nichtmagnetischen Werkstoffen z.B. polyesterglasfaserverstärkte Stäbe o.ä.d) that a reinforcement in the individual synthetic resin concrete parts as well made of metal (V 2 A) as well as non-magnetic materials e.g. polyester fiber reinforced Rods or similar

sein kann. can be.

e) daß die Materialstärke (Wandstärke) so gewählt werden kana wie es einmal kräftemäßig und zum anderen bezüglich der Strahlensicherung notwendig ist.e) that the material thickness (wall thickness) can be chosen kana as it is necessary on the one hand in terms of strength and on the other hand with regard to radiation protection is.

f) daß die Teile zum Einjustieren und Befestigen der großen Magnetfeldspulen aus antimagnetischem Material sind.f) that the parts for adjusting and securing the large magnetic field coils are made of non-magnetic material.

g) daß auf die bisher konstruktiv schwer lösbaren elektrischen Isolationen in den Verspannteilen verzichtet werden kann h) daß bei einem Katastrophenfall die Verspannung gleichzei tig als sicherer Explosionsschutz dient.g) that on the electrical insulation that was previously difficult to detach from a structural point of view can be dispensed with in the bracing parts h) that in the event of a disaster the Bracing also serves as a safe explosion protection.

Erzielbare Vorteile Die bisher im Institut bekannten und geplanten Experimente sowie die aus den anderen Instituten für Plasmaphysik und die aus der plasmaphysiMalflschen literatur bekannten Experimente haben eine Verspannungslösung aus Metall vorgesehen. Aus dieser Situation ergab sich die Frage nach einer nichtmetallischen und damit strahlensicheren und billigeren Lösung.Achievable advantages The ones known and planned in the institute so far Experiments as well as those from the other institutes for plasma physics and those from the Experiments known from plasmaphysiMalflschen literature provide a release of tension made of metal. This situation gave rise to the question of a non-metallic one and therefore a radiation-safe and cheaper solution.

Beschreibung eines Ausführungsbeispieles Ein Ausführungsbeispiel der Neuerung ist in den Zeichnungen I und II dargestellt.Description of an exemplary embodiment An exemplary embodiment of the The innovation is shown in drawings I and II.

Die Zeichnung zeigt in: Fig. 1 eine komplett montierte Plasmaapparatur Fig. 2 einen Schnitt durch die verfahrbare Hälfte dieser Apparatur Die gezeigte Apparatur besteht im wesentlichen aus der feststehenden Fundamenthälfte (1), der verfahrbaren Fundamenthälfte (2), dem geteilten Kessel (3), den Segmentdeckplatten (4) und der geteilten Drucksäule (5) für die Nagnetfeldspulen.The drawing shows in: FIG. 1 a completely assembled plasma apparatus 2 shows a section through the movable half of this apparatus the The apparatus shown consists essentially of the fixed half of the foundation (1), the movable half of the foundation (2), the divided boiler (3), the segment cover plates (4) and the split pressure column (5) for the magnetic field coils.

Die Positionen 1 - 4 bestehen aus-Kunstharzbeton. Die Zusammensetzung dieses Kunstharzbetons kann folgende sein: Quarzmehl mit Glasgewebeschnitzel, Lekutherm-Epoxydharz und Zement.Positions 1 - 4 are made of synthetic resin concrete. The composition this synthetic resin concrete can be the following: quartz powder with glass fabric chips, Lekutherm epoxy resin and cement.

Beide Fundamenthälften sind von Fundamenthälfte (1) her begehbar. Die Eingänge (6) können bei Strahlenschutzbedarf mit Bleitürer oder sonstigen sicheren Strahlenschutz liefernden Werkstoffen verschlossen werden.Both halves of the foundation are accessible from the foundation half (1). If radiation protection is required, the entrances (6) can be equipped with a lead door or other safe Materials providing radiation protection are closed.

Die verfahrbare Fundamenthälfte (2) sitzt auf einem Metallrahmen (7), z.B. t:7u und kann mittels eines E-Motors (8) auf einem Rollensystem (8) verfahren werden.The movable half of the foundation (2) sits on a metal frame (7), e.g. t: 7u and can move on a roller system (8) by means of an electric motor (8) will.

Für diagnostische Zwecke und zur leichteren Montage sind in der Bodenplatte der Apparatur ausreichend große Durchbrüche (9) vorgesehen.For diagnostic purposes and for easier assembly are in the base plate the apparatus provided sufficiently large openings (9).

Der aus zwei Hälften besteheqd-e Kessel ()) hat mannshohe Einstiegsluken (10), zsB. zwischen den Magnetteldspulen. Für Diagnostik und Teilchene-nchuß können walweise die entsprechenden Durchbrüche bei Bedarf zusätzlich angebracht werden. Der auch hier vorgesehene Strahlenschutz (llJ an den Einstiegsluken (10) ist leicht verfahrbar.The heqd-e boiler ()) consists of two halves and has man-high access hatches (10), e.g. between the magnetic field coils. Can be used for diagnostics and particle testing Whale by whale, the corresponding openings can also be made if necessary. The radiation protection provided here (11J on the access hatches (10) is light movable.

Die Nuten im Kessel (3) dienen zur Aufnahme der von den Magnetfeldspulen bewirkten Torsionskräfte.The grooves in the boiler (3) are used to accommodate the magnetic field coils caused torsional forces.

Die Kesselhälften und die Fundamenthälften werden über massive antimagnetische Platten (12), z.B. Alu, die mit dem Kunstharzbeton fest verwachsen sind, mittels Schrauben, beim Kessel außen und beim Fundament innen fest verbunden.The boiler halves and the foundation halves are solid antimagnetic Plates (12), e.g. aluminum, which are firmly fused with the synthetic resin concrete, by means of Screws, firmly connected on the outside of the boiler and on the inside of the foundation.

Die Deckplatte der gezeigten Apparatur besteht aus einzelnen Segmenten (4), die sich aus der Anzahl der Nagnetfeldspulen ergeben.The cover plate of the apparatus shown consists of individual segments (4), which result from the number of magnetic field coils.

Die in das Zentrum der Apparatur wirkenden Magnetfeldspulenkräfte werden von einer Drucksäule (5) aufgenommen. Die Drucksäule (5) kann entsprechend der Funktion der Apparatur sowohl aus nichtmetallischem Werkstoff als auch aus metallischen Werkstoffen sein.The magnetic field coil forces acting in the center of the apparatus are taken up by a pressure column (5). The pressure column (5) can accordingly the function of the equipment made of non-metallic material as well as metallic Be materials.

Weitere MagnetSe7dspulenkräfte, die nicht in das Zentrum der Apparatur wirken, werden von vier Halterungen (13) pro Magnetfeldspule aufgenommen. Diese Halterungen (13) dienen gleichzeitig für das Einjustieren der einzelnen Magnetfeldspulen.Further magnetic coil forces which are not in the center of the apparatus are taken up by four brackets (13) per magnetic field coil. These Brackets (13) also serve to adjust the individual magnetic field coils.

Die Drucksäule wird oben und unten für diese Anordnung von zwei Ringplatten (14) begrenzt. Die Ringplatten (14) sind aus elektrischen Gründen geteilt und isoliert. Sie haben den Zweck, die Drucksäule (5) zu rühren und einenxTeil der Spulenhalterungen aufzunehmen.The pressure column is top and bottom for this arrangement of two ring plates (14) limited. The ring plates (14) are divided and insulated for electrical reasons. Their purpose is to stir the pressure column (5) and part of the coil holders to record.

Pos. 15 zeigt eine mögliche Magnetfeldspule und Pos. 16 ein mögliches Plasmagefäß.Item 15 shows a possible magnetic field coil and item 16 shows a possible one Plasma vessel.

Claims (20)

Patent ansprüchePatent claims 1. Die Verspannung mit Strahlenschutz für toroidal angeordnete Apparaturen wie Tokamaks, Stellaratoren, Fusionsreaktoren oder ähnliche Magnetfeldspulenanordnungen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,daß die Verspannung durch ein geschlossenes Gehäuse beliebig geometrischer Form erfolgt. 1. The bracing with radiation protection for toroidally arranged apparatus such as tokamaks, stellarators, fusion reactors or similar magnetic field coil arrangements, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the tension is created by a closed Housing is made of any geometric shape. 2. Verspannung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Grundwerkstoff aus Kunstharzbeton besteht; Fundamenthälften (1 und 2), Kessel (3), Segmentdeckplatten (4) und Drucksäule (5). 2. Bracing according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the base material consists of synthetic resin concrete; Foundation halves (1 and 2), boiler (3), segment cover plates (4) and pressure column (5). 3. Verspannung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Fundamenthälfte (1) und die Fundamenthälfte (2) sowohl aus Kunstharzbeton als auch aus Normalbeton besteht. 3. Bracing according to claim 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the foundation half (1) and the foundation half (2) are both made of synthetic resin concrete as well as normal concrete. 4. Verspannung nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Fundamenthälfte (1) und die Pundamenthälfte (2) einmal aus einem Stück sein kann und zum anderen auseinanderfahrbar ist. 4. Bracing according to claim 1 to 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the foundation half (1) and the foundation half (2) are made once can be one piece and on the other can be moved apart. 5. Verspannung nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kessel (3) direkt auf dem Boden stehen kann und dadurch die Fundamenthälften (1 und 2) entfallen. 5. Bracing according to claim 1 and 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the boiler (3) can stand directly on the floor and thereby the foundation halves (1 and 2) are omitted. 6. Verspannung nach Anspruch 1,2 und 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kessel (3) sowohl geteilt als auch aus einem Stück sein kann. 6. bracing according to claim 1, 2 and 5, d a d u r c h g e k e n n notices that the boiler (3) can be both divided and made of one piece can. 7. Verspannung nach Anspruch 1. 2, 5 und 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Magnetfeldspulenkräfte, die nicht in das Zentrum der Apparatur wirken, von dem Kessel (3) mit aufgenommen werden. 7. Bracing according to claim 1. 2, 5 and 6, d a d u r c h g e k e n n z e i n e t that the magnetic field coil forces that are not in the center of the Acting apparatus, are taken from the boiler (3) with. 8. Verspannung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t v daß im Kessel (3) für Diagnostik, für Teilcheneinschuß, für Montagezwecke u.ä. 8. Bracing according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t v that in the boiler (3) for diagnostics, for particle injection, for assembly purposes, etc. notwendige Durchbrüche (10) angebracht sind.necessary openings (10) are attached. 9. Versp = ung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k -e n n z e 1 e h n e t , daß die Durchbrüche (10) bei erforderlichem Strahlenschutz durch entsprechende strahlensichere Abdeckungen (11) verschlossen sind. 9. Versp = ung according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k -e n n z e 1 e h n e t that the openings (10) are required when radiation protection is required are closed by appropriate radiation-proof covers (11). 10. Verspannung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t 3 daß bei geteiltem Kessel (3) die Hälften über massive und aus antimagnetischem Material bestehende Platten verbunden sind. 10. Bracing according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t 3 that with a divided boiler (3) the halves over massive plates made of antimagnetic material are connected. 11. Verspannung nach Anspruch 1, d a d u r zu c h g ek e n n z e i c h n e t , daß die Deckplatte (4) aus Segmenten oder aus einem Stück besteht. 11. Bracing according to claim 1, d a d u r to c h g ek e n n z e i c h n e t that the cover plate (4) consists of segments or of one piece. 12. Verspannung nach Anspruch 1 und 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in der Deckplatte (4) ffnungen (18) für diagnostische Zwecke sind. 12. Bracing according to claim 1 and 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that in the cover plate (4) openings (18) for diagnostic purposes are. 13. Verspannung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i zu c h n e t , daß der Kessel (3) mit der Deckplatte (4) und den Fundamenthälften (1 und 2) mittels Schrauben oder Bolzen (17) verbunden sein kann. 13. Bracing according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i to c h n e t that the boiler (3) with the cover plate (4) and be connected to the foundation halves (1 and 2) by means of screws or bolts (17) can. 14. Verspannung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Magnetfeldspulenkräfte, die zum Zentrum der Apparatur wirken, von einer massiven und bei Bedarf teilbaren Drucksäule (5) aufgenommen werden. 14. Bracing according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the magnetic field coil forces acting towards the center of the apparatus be absorbed by a massive pressure column (5) that can be divided if necessary. 15. Verspannung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Fundamenthälften (1 und 2), den Kessel (3), die Deckplatte (4) und die Druc:sGule (5) gemäß den jeweiligen Anforderungen aus Metall hergestellt sein können. 15. Bracing according to one of the preceding claims, d a d u r c h e k e k e n n n n e i c h n e t that the foundation halves (1 and 2), the boiler (3), the cover plate (4) and the Pressure: sGule (5) according to the respective Requirements can be made of metal. 16. Verspannung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ringplatten (14) geteilt und elektrisch isoliert als auch aus einem Stück und aus verschiedenen Materialien sein können. 16. Bracing according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that the ring plates (14) are divided and electrical insulated as well as from one piece and from different materials. 17. Verspannung nach Anspruch 14 und 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß gegebenenfalls die Apparatur auch ohne Drucksäule (5) gebaut werden kann. 17. Bracing according to claim 14 and 15, d a d u r c h g e k e n It is noted that the apparatus may also be built without a pressure column (5) can be. 18 Verspannung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n v e i c h n e t , daß die Halterungen (13) zur Justierung der Magnetfeldspulen und deren Lagerung aus verschiedenen antimagnetSsehen Materialien bestehen können. 18 bracing according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n n e i c h n e t that the brackets (13) for adjusting the magnetic field coils and their bearings can consist of various anti-magnetic materials. 19. Verspannung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die fahrbare Fundamenthälfte (2) auf einem Netallrahmen (7) mit dem bereits montierten Rollensystem (8) aufgebracht ist, wobei der Metallrahmen gleichzeitig ein Teil der Verschalung ist. 19. Bracing according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n n n e i c h n e t that the mobile half of the foundation (2) is on a Netall frame (7) is applied with the already assembled roller system (8), wherein the metal frame is also part of the casing. 20. Verspannung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Transport der gesamten Apparaturhälfte mittels mechanischer, hydraulischer oder elektrischer Einrichtungen erfolgen kann. Leerseite 20. Bracing according to one of the preceding claims, d a d u r c h e k e k e nn n n e i c h n e t that the transport of the entire apparatus half can be done by means of mechanical, hydraulic or electrical devices. Blank page
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