ES2896775T3 - Reactor termonuclear - Google Patents

Abstract

Un reactor termonuclear que comprende un recipiente de vacío y módulos de manta conectados al mismo por medio de soportes flexibles, en donde cada soporte flexible se asegura en un extremo en el recipiente de vacío y en el otro extremo en el módulo de manta, caracterizado porque los soportes flexibles además llevan a cabo las funciones de conectores eléctricos, en donde los soportes se hacen de un material con alta conductividad eléctrica, en tanto que los dos extremos asegurados de cada soporte flexible dan hacia el módulo de manta, el soporte flexible mismo se forma de dos elementos cilíndricos huecos colocados uno en el otro y perforados por ranuras longitudinales en una parte libre de montajes, y los extremos de los elementos cilíndricos huecos opuestos a los extremos asegurados se conectan eléctricamente y de manera mecánica.

Description

DESCRIPCIÓN

Reactor termonuclear

Campo de la invención

La invención se refiere a ingeniería termonuclear y se utiliza en la producción de plantas de energía termonuclear tokamak.

Antecedentes de la técnica

Un reactor termonuclear se conoce de la técnica anterior, que comprende un recipiente de vacío y módulos de manta protectora conectados al mismo por medio de soportes flexibles con sujetadores y conectores eléctricos (A. Rene Raffray, Mario Merola. Descripción general del diseño e I D del sistema de manta de ITER. Fusion Engineering and Design, 87 (2012), pp. 769-776). Los soportes con sujetadores proporcionan conexión mecánica, en tanto que los conectores eléctricos proporcionan conexión eléctrica. Otro reactor termonuclear se conoce de RU2220463C2, que comprende un recipiente de vacío y módulos de manta conectados al mismo por medio de soportes flexibles, cada soporte flexible se asegura en un extremo en el recipiente de vacío y en el otro extremo en el módulo de manta, el soporte flexible comprende un elemento cilíndrico hueco perforado por ranuras longitudinales en una parte libre de montajes.

En el reactor termonuclear conocido, se diseña un soporte para el montaje de un módulo de manta en el recipiente de vacío del reactor termonuclear, que comprende los componentes de compresión y tracción de una carga externa. Un conector eléctrico se diseña para desviar la corriente lejos de un módulo de manta al recipiente de vacío del reactor. Para impedir el flujo de corriente eléctrica a través del soporte, se aplica un recubrimiento eléctricamente aislante en una cantidad de superficies de varios sujetadores del soporte. La inclusión del recubrimiento aislante en el soporte requiere operaciones de proceso adicionales para aplicar el recubrimiento aislante; además, las condiciones de mantener la integridad y la capacidad de rendimiento en un vacío bajo campos de temperatura variables y altas cargas de impacto se imponen en el recubrimiento, lo que complica el diseño del soporte, necesita el cumplimiento con una cantidad de requisitos para el manejo de elementos estructurales con recubrimientos aislantes en todas las etapas del ciclo de vida del producto para permitir la conservación de la integridad y propiedades aislantes del recubrimiento, y, por consiguiente, reduce la fiabilidad del ensamblaje de soporte. Además, estos recubrimientos impiden que las corrientes parásitas se desvíen lejos de los módulos de manta, cuyas corrientes parásitas se inducen en los módulos cuando se presentan interrupciones de plasma durante la operación del reactor termonuclear, por lo cual se requiere un dispositivo especial con este propósito: un conector eléctrico instalado entre el recipiente de vacío del reactor y el módulo de manta que proporciona un contacto entre el conector y el recipiente y el módulo de manta. Además de los soportes, las tuberías de entrada y salida de fluido refrigerante, las placas de cubierta aislantes, los colectores de fluido refrigerante, y los cables y sensores para sistemas de diagnóstico se arreglan en el lado de los módulos de manta protectora que dan hacia el recipiente de vacío; de esta manera, toda la porción posterior del módulo protector se ocupa completamente. Para los módulos de reactor termonuclear de próxima generación, que no tienen funciones protectoras solas (con reproducción de tritio, con combustión segundaria de actínidos de larga vida, con enriquecimiento de elementos pesados, módulos de investigación y pruebas de materiales, etc.), se requerirán los canales de mantenimiento remotamente con servicios; sin embargo, no queda espacio para las conexiones de estos canales si se conserva el arreglo de montaje de módulo actual.

Las desventajas del reactor termonuclear conocido son como sigue: la necesidad de instalar conectores eléctricos para desviar las corrientes parásitas lejos de los módulos de manta, y la necesidad de introducir elementos estructurales con un recubrimiento aislante en los soportes.

La necesidad de instalar conectores eléctricos reduce la fiabilidad del reactor debido a la cantidad incrementada de elementos incorporados en el mismo, y crea agrupamiento en el lado de módulo que da hacia el recipiente de vacío.

[0006] La necesidad de introducir elementos estructurales con un recubrimiento aislante en los soportes reduce la fiabilidad del reactor, debido a que se incrementa la cantidad de elementos estructurales en los ensamblajes de soporte, y el diseño de algunos de estos elementos debe tener un recubrimiento aislante con requisitos especiales de diseño y manejo. Esta desventaja también incrementa el grado de agrupamiento en el área de montaje de módulo, debido a que el diseño de los ensamblajes de soporte, que incluyen elementos estructurales con recubrimientos aislantes, comprende más espacio y complica el diseño de los módulos cuyos espacios adaptan partes con recubrimientos aislantes, debido a que las superficies con recubrimientos aislantes sólo deben ser lineales (plano, cilindro, cono) para permitir la terminación del recubrimiento, y requieren un diseño estructural especial con surcos, chaflanes, superficies traslacionales, etc.

Sumario de la invención

El objetivo de la presente invención es proporcionar un reactor termonuclear con más alta fiabilidad.

El resultado técnico de la presente invención consta de desviar las corrientes parásitas lejos del módulo de manta de un reactor termonuclear en tanto que simultáneamente se eliminan los conectores eléctricos de la composición de la manta y se reduce el agolpamiento en el lado del módulo de manta que da hacia el recipiente de vacío.

El resultado técnico se logra por el hecho de que, en un reactor termonuclear que comprende una caja de vacío y módulos de manta conectados al mismo por medio de soportes flexibles, en donde cada soporte flexible se asegura en un extremo en el recipiente de vacío y en el otro extremo en el módulo de manta, de acuerdo con la invención, los soportes flexibles además llevan a cabo las funciones de conectores eléctricos, en donde los soportes se hacen de un material con alta conductividad eléctrica, en tanto que los dos extremos asegurados de cada soporte flexible dan hacia el módulo de manta, el soporte flexible mismo se forma de dos elementos cilindricos huecos colocados uno en el otro y perforados por ranuras longitudinales en una parte libre de montajes, y los extremos de los elementos cilindricos huecos opuestos a los extremos asegurados se conectan eléctricamente y de manera mecánica.

El arreglo de estos elementos de un reactor termonuclear de esta manera elimina el uso de un recubrimiento aislante en el diseño de los soportes, en tanto que forma un soporte de un material con alta conductividad eléctrica permite que las corrientes parásitas se desvíen lejos del módulo de manta del reactor termonuclear sin el uso de equipo adicional (conectores eléctricos), y también reduce la liberación de energía en el soporte y, por consiguiente, la temperatura del soporte, factores que en conjunto simplifican el diseño del reactor termonuclear y, como consecuencia, incrementan su fiabilidad. Sin embargo, cuando las funciones del conector eléctrico se transfieren al soporte flexible, las fuerzas transversales generadas cuando la corriente eléctrica interactúa con el campo magnético del reactor también comienzan a actuar sobre el soporte. Para equilibrar las fuerzas transversales, el soporte flexible se configura como dos elementos cilíndricos perforados colocados uno en el otro, lo que permite un contraflujo de corriente eléctrica a través de los mismos. Esto, a su vez, equilibra las fuerzas transversales que actúan en el soporte cuando la corriente eléctrica interactúa con el campo magnético del reactor, debido a que la fuerza que resulta de dos fuerzas iguales y dirigidas de manera opuesta será cero. Equilibrar las fuerzas transversales dentro del soporte reduce las tensiones en el soporte, incrementando su capacidad de carga y fiabilidad.

Descripción de las figuras

La esencia de la invención se ilustra por la figura 1, que muestra la parte de un reactor termonuclear donde el recipiente de vacío se conecta a un módulo de manta (sección longitudinal).

La mejor realización de la Invención

El reactor termonuclear comprende un recipiente de vacío 1 y un módulo de manta 2 conectado al mismo por medio de un soporte flexible 3. El soporte 3 se asegura en un extremo en el módulo de manta 2, formando conexiones mecánicas y eléctricas. El otro extremo del soporte flexible 3 se conecta al recipiente de vacío 1 del reactor termonuclear. Los dos extremos asegurados del soporte flexible 3 dan hacia el módulo de manta 2, en tanto que el soporte flexible 3 mismo se forma de dos elementos cilíndricos huecos colocados uno en el otro y perforados con ranuras extendidas en la dirección axial en una parte libre de montajes. Los extremos de los elementos cilíndricos huecos opuestos a los extremos asegurados se conectan eléctricamente y de manera mecánica de una manera conocida u otra (por ejemplo, soldadura blanda, soldadura por fusión, o rosca soldada), o de lo contrario todo el soporte se hace de una pieza de trabajo sólida. El soporte flexible 3 se hace de un material con alta conductividad eléctrica, tal como bronce de cromo-circonio, y además realiza las funciones de un conector eléctrico.

Aplicación Industrial

El reactor termonuclear reivindicado opera como sigue.

Durante la operación del reactor termonuclear, las corrientes eléctricas y las cargas dinámicas provocadas por interrupciones de plasma actúan sobre el módulo de manta 2. El módulo 2 se debe asegurar de manera fiable en el recipiente de vacío 1 del reactor termonuclear para equilibrar los componentes de compresión y tracción de las cargas externas. Además, se requiere un contacto eléctrico fiable entre el módulo 2 y el recipiente del reactor 1 para desviar las corrientes parásitas lejos del módulo 2 hacia el recipiente de vacío 1. El soporte flexible 3 realiza la función de montar el módulo de manta 2 en el recipiente de vacío 1, en tanto que el componente de compresión o tracción de cargas externas del módulo de manta 2 se transfiere mediante una conexión al soporte flexible 3, y del soporte, mediante una segunda conexión, al recipiente de vacío 1 de una manera conocida de la técnica anterior. Puesto que el soporte flexible 3 se hace de un material con alta conductividad eléctrica, además de transferir los componentes de compresión y tracción de la fuerza, desvía la corriente eléctrica del módulo de manta 2 al recipiente de vacío 1. La corriente eléctrica fluye desde el módulo de manta 2 hacia el elemento perforado cilíndrico 4 del soporte flexible 3 conectado al mismo. Entonces, la corriente eléctrica fluye desde el elemento perforado 4 a otro elemento perforado 5 mediante su punto de conexión. Entonces, la corriente eléctrica fluye desde el segundo elemento 5 hacia el recipiente de vacío 1 mediante el punto donde se conecta el soporte flexible. Entre tanto, la corriente eléctrica fluye a través de los elementos perforados estrechamente separados 4 y 5 en direcciones opuestas, lo que equilibra las fuerzas transversales generadas a partir de la interacción entre la corriente eléctrica y el campo magnético del reactor y que actúan sobre el soporte en su conjunto, debido a que la fuerza que resulta de las dos fuerzas iguales y dirigidas de manera opuesta será cero. Las cargas de compresión y tracción se comprenden por los elementos perforados del soporte flexible 3, debido a que la perforación se implementa con ranuras extendidas en la dirección de acción de este componente de carga (en la dirección axial). En la dirección transversal a la dirección axial, el soporte 3 está cediendo (flexible), debido a que, en la parte libre de montajes, los elementos perforados del soporte son un conjunto de varillas que son capaces de doblarse.

Claims (1)

REIVINDICACIONES

1. Un reactor termonuclear que comprende un recipiente de vacío y módulos de manta conectados al mismo por medio de soportes flexibles, en donde cada soporte flexible se asegura en un extremo en el recipiente de vacío y en el otro extremo en el módulo de manta, caracterizado porque los soportes flexibles además llevan a cabo las funciones de conectores eléctricos, en donde los soportes se hacen de un material con alta conductividad eléctrica, en tanto que los dos extremos asegurados de cada soporte flexible dan hacia el módulo de manta, el soporte flexible mismo se forma de dos elementos cilíndricos huecos colocados uno en el otro y perforados por ranuras longitudinales en una parte libre de montajes, y los extremos de los elementos cilíndricos huecos opuestos a los extremos asegurados se conectan eléctricamente y de manera mecánica.