NO126713B

NO126713B -

Info

Publication number: NO126713B
Application number: NO01590/68A
Authority: NO
Inventors: Dirk Rene D Arnaud Gerkens
Original assignee: Nibbit Products Ass Ltd
Priority date: 1967-04-26
Filing date: 1968-04-25
Publication date: 1973-03-19
Also published as: DE1767161C3; SE330477B; DE1767161B2; JPS4814057B1; FR1565080A; IL29783A0; IL29783A; GB1183789A; IE31867B1; AT286755B; BE714230A; ES353048A1; CH474961A; NL6805916A; IE31867L; DE1767161A1

Description

Apparat for frembringelse av styrte fusjonsreaksjoner. Apparatus for producing controlled fusion reactions.

Foreliggende oppfinnelse angår et apparat for frembringelse av styrte nukleære fusjonsreaksjoner i gassutladninger, spesielt termonukleære fusjonsreaksjoner. The present invention relates to an apparatus for producing controlled nuclear fusion reactions in gas discharges, in particular thermonuclear fusion reactions.

For å starte kjernereaksjoner i lette To start nuclear reactions in light

elementer, spesielt for frembringelse av neutroner, har det hittil vært lagt vekt på å bombardere mål som er utført av eller inneholder deuteriumforbindelser eller lette elementer med protoner, deutero-ner eller heliumkjerner som er aksellerert i tilstrekkelig grad til å tilfredsstille betin-gelsene for kjernereaksjoner. elements, especially for the production of neutrons, emphasis has so far been on bombarding targets made of or containing deuterium compounds or light elements with protons, deuterons or helium nuclei that have been sufficiently accelerated to satisfy the conditions for nuclear reactions .

For å øke den reaksjonshastighet som To increase the reaction rate which

kan benyttes må kjernene samvirke seg i mellom på en slik måte at deres energi ikke tapes ved bombardement av et rela-tivt massivt mål og slik at heller ikke utløst energi tapes i målet. I denne hensikt har det vært foreslått at de reagerende kjerner av deuterium og/eller tritium skal utgjøre bestanddeler av en varm jonisert gass eller plasma hvor energi som utløses ved reak-sjoner mellom kjernene utnyttes til å vedlikeholde deres energi og å oppveie tap ved stråling. I et slikt anlegg er det nødvendig å inneslutte gassen slik at den ikke kom-mer for nær veggene i det omsluttende kar. Ellers vil energi tapes ved bombardement av veggene og utladningen kan bli foruren-set ved fordampning av veggmaterialet. can be used, the nuclei must interact in such a way that their energy is not lost when bombarding a relatively massive target and so that released energy is not lost in the target either. To this end, it has been proposed that the reacting nuclei of deuterium and/or tritium should form components of a hot ionized gas or plasma where energy released by reactions between the nuclei is utilized to maintain their energy and to offset losses by radiation. In such a facility, it is necessary to contain the gas so that it does not come too close to the walls of the enclosing vessel. Otherwise, energy will be lost by bombardment of the walls and the discharge may be contaminated by evaporation of the wall material.

Et forslag for frembringelse av de nød-vendige betingelser er å benytte et toroidformet omsluttende kar som forbinder kjernen i en pulstransformator, og å frembringe en ensrettet pulserende ringutladning i gass i karet ved å påtrykke en høy-spenningspuls på transformatorens primærvikling. Ringutladningen danner en envindings sekundærvikling og hvis strøm-styrken er tilstrekkelig stor innsnevres tverrsnittet av strømkanalen på grunn av dens eget magnetfelt slik at gasskjernene innesluttes inne i kanalen og holdes borte fra veggene i karet. Rom-instabiliteter i den innsnevrete kanal kan kontrolleres ved den sammensatte virkning av et pålagt magnetisk felt parallelt med utladnings-aksen, som sperres inne i kanalen når denne innsnevres og de tykke, elektrisk ledende vegger i karet hvor det induseres hvirvelstrømmer ved bevegelse av utladningen. Forslag i denne retning er f. eks. diskutert i «Journal of Applied Physics», mai 1957, s. 519—521, og i «Scientific Ame-rican», september 1957, s. 73—84. A proposal for producing the necessary conditions is to use a toroidal enclosing vessel which connects the core of a pulse transformer, and to produce a unidirectional pulsating ring discharge in gas in the vessel by applying a high-voltage pulse to the primary winding of the transformer. The ring discharge forms a single-turn secondary winding and if the current strength is sufficiently large, the cross-section of the current channel is narrowed due to its own magnetic field so that the gas cores are enclosed inside the channel and kept away from the walls of the vessel. Spatial instabilities in the constricted channel can be controlled by the combined effect of an applied magnetic field parallel to the discharge axis, which is trapped in the channel when it is narrowed and the thick, electrically conductive walls in the vessel where eddy currents are induced by movement of the discharge. Proposals in this direction are e.g. discussed in "Journal of Applied Physics", May 1957, pp. 519-521, and in "Scientific American", September 1957, pp. 73-84.

Ved anordninger av den ovenfor nevnte art må det toroidformete kar være utstyrt med minst en elektrisk isolerende skjøt på tvers av den sammenhengende akse for å forhindre at karet selv virker som en kortsluttet vikling i transformatoren. Skjøten eller skjøtene utsettes for bombardement av joner og ultrafiolett stråling fra utladningen hvilket kan med-føre ødeleggelse av isolasjonen ved drift. Foreliggende oppfinnelse går ut på anordninger for å hindre slik ødeleggelse. In devices of the above-mentioned kind, the toroidal vessel must be equipped with at least one electrically insulating joint across the continuous axis to prevent the vessel itself acting as a short-circuited winding in the transformer. The joint or joints are exposed to bombardment of ions and ultraviolet radiation from the discharge, which can lead to destruction of the insulation during operation. The present invention concerns devices to prevent such destruction.

Et apparat for frembringelse av styrte fisjonsreaksjoner i gassutladninger i henhold til foreliggende oppfinnelse omfatter et toroidformet kar til å inneslutte gassen, hvor karet har tykke, elektrisk ledende vegger med minst en elektrisk isolerende skjøt på tvers av den sammenhengende akse for karet, pulstransformatoranordninger for opprettelse av en innsnevret sterkstrøms ensrettet pulserende ringutladning i gassen og en vikling for oppsetting av et magnetisk felt inne i karet og parallelt med den sammenhengende akse for dette for å redusere rom-instabiliteter i utladningskanalen, og det særegne er at karet er utstyrt med en foringsanordning for å skjerme den isolerende skjøt fra utladningen. Foringsanordningen kan omfatte sylindriske segmenter som er isolert fra karet og fra hverandre og kan omfatte anordninger for kjøling av segmentene. An apparatus for producing controlled fission reactions in gas discharges according to the present invention comprises a toroidal vessel for containing the gas, the vessel having thick, electrically conductive walls with at least one electrically insulating joint across the continuous axis of the vessel, pulse transformer devices for creating a narrowed high-current unidirectional pulsating ring discharge in the gas and a winding for setting up a magnetic field inside the vessel and parallel to the continuous axis thereof to reduce spatial instabilities in the discharge channel, and the distinctive feature is that the vessel is equipped with a lining device to shield the insulating joint from the discharge. The lining device may comprise cylindrical segments which are isolated from the vessel and from each other and may comprise devices for cooling the segments.

I et apparat som omfatter oppfinnel-sen er det anordnet to ringkjerner ved motsatte ender av en diameter i torusen, idet det er anordnet forspenningsviklinger på disse kjerner slik at strømpulsen kan frembringe en størst mulig svingning i kraftlinjetettheten for et gitt kjernetverr-snitt. Torusen har en tykk metallvegg med to tversgående isolerte skjøter, en i hver ende av den nevnte diameter, og i henhold til foreliggende oppfinnelse inneholder torusen flere overlappende sylindriske me-tallforings-segmenter som er koaksiale med torusen og som bevirker skjerming av de to skjøter mot jonebombardement og ultrafiolett stråling som ellers ville medføre ødeleggelse av skjøtene under drift. Den innsnevrete sterkstrømsringutladning oppset-tes omtrent langs aksen for torusen som følge av at gassen i torusen danner en kortsluttet sekundærvikling i en pulstransformator omfattende to kjerner. En ledende bane innledes ved å innføre en liten meng-de høyfrekvensenergi i torusen umiddel-bart før hver puls begynner. Energi fra en utvendig kilde tilføres således i form av pulser, strømsløyfen opprettes bare i perio-den for hver puls og fusjonsreaksjoner fin-ner bare sted i disse perioder. Diameteren på boringen er omtrent 1 meter, og ampli-tuden og varigheten av primærstrømpulsen er slik at det induseres en sekundær mak-simal strøm i gassen på minst 100 kA ved et gasstrykk i området 10—" — 10—<4> mm Hg i minst 1 millisekund. Det er sørget for kontinuerlig eller avbrutt tapping av brukt gass og innføring av ny gass i torusen. In an apparatus comprising the invention, two ring cores are arranged at opposite ends of a diameter in the torus, with bias windings arranged on these cores so that the current pulse can produce the greatest possible fluctuation in the power line density for a given core cross-section. The torus has a thick metal wall with two transverse insulated joints, one at each end of the said diameter, and according to the present invention the torus contains several overlapping cylindrical metal lining segments which are coaxial with the torus and which act to shield the two joints against ion bombardment and ultraviolet radiation which would otherwise lead to destruction of the joints during operation. The narrowed high-current ring discharge is set up roughly along the axis of the torus as a result of the gas in the torus forming a short-circuited secondary winding in a pulse transformer comprising two cores. A conductive path is initiated by introducing a small amount of high-frequency energy into the torus immediately before each pulse begins. Energy from an external source is thus supplied in the form of pulses, the current loop is only created in the period for each pulse and fusion reactions only take place in these periods. The diameter of the bore is approximately 1 meter, and the amplitude and duration of the primary current pulse is such that a secondary maximum current of at least 100 kA is induced in the gas at a gas pressure in the range 10-" — 10-<4> mm Hg in at least 1 millisecond Provision has been made for continuous or interrupted draining of used gas and introduction of new gas into the torus.

Et apparat som omfatter foreliggende oppfinnelse skal nu beskrives som et ek-sempel, under henvisning til vedføyete teg-ninger. Fig. 1 viser i perspektiv et oversiktsriss av apparatet, idet deler av de omsluttende vegger er skåret vekk og en del av apparatet, dvs. en halvdel av torusen, er for-skjøvet av tilgjengelighetshensyn. Fig. 2 viser et grunnriss av torusen, og viser transformatorkjernene i snitt. Fig. 3 viser et oppriss av transformator-sammenstillingen og bæreåket. Fig. 4 viser et snitt i større målestokk gjennom torusen og viser en indre foring. Fig. 5 viser et snitt gjennom den sammenhengende akse for torusen og viser anordningen av de indre foringer. Fig. 6 viser et snitt i ennu større målestokk av detaljer ved de indre foringer. Fig. 7 viser et snitt gjennom den øvre bæreinnretning for en av de indre foringer. Fig. 8 viser et snitt av den nedre innretning for å holde en indre foring på plass. Fig. 9 viser et snitt gjennom tetnin-gen mellom de to halvdeler av torusen. Fig. 10 viser et snitt etter linjen X—X i fig. 2 og viser detaljer ved inspeksjons-vinduer, pumpesamlerør og pumper. Fig. 11 viser et delsnitt etter linjen An apparatus comprising the present invention will now be described as an example, with reference to the attached drawings. Fig. 1 shows a perspective view of the apparatus, parts of the enclosing walls have been cut away and part of the apparatus, i.e. half of the torus, has been offset for reasons of accessibility. Fig. 2 shows a ground plan of the torus, and shows the transformer cores in section. Fig. 3 shows an elevation of the transformer assembly and the carrier yoke. Fig. 4 shows a section on a larger scale through the torus and shows an inner lining. Fig. 5 shows a section through the continuous axis of the torus and shows the arrangement of the inner liners. Fig. 6 shows a section on an even larger scale of details of the inner liners. Fig. 7 shows a section through the upper support device for one of the inner liners. Fig. 8 shows a section of the lower device for holding an inner lining in place. Fig. 9 shows a section through the seal between the two halves of the torus. Fig. 10 shows a section along the line X—X in fig. 2 and shows details of inspection windows, pump manifolds and pumps. Fig. 11 shows a partial section along the line

XI—XI i fig. 10. XI—XI in fig. 10.

Fig. 12 viser et skjema for de vesentlige elektriske og gass-strømkretser i apparatet. Fig. 1—3 viser en hul metalltorus T som er utført slik at den kan deles langs en diameter i to identiske halvdeler 1, som hver er understøttet av en vogn 2. I fig. 1 er den nærmeste av de to halvdeler vist trykket ut fra den annen, som er vist i sin normale driftstilling. I fig. 2 er halv-delene 1 ført sammen ved flenser 3 for å danne den fullstendige torus T. Transfor-matorkjerner 4 er anordnet rundt torusen ved de diametralt motsatte steder hvor flensene 3 ligger slik som vist i fig. 2. De to kjerner 4 holdes inne i en svær åk-konstruksjon 5 (fig. 3) og det hele er anbragt inne i en massiv biologisk skjerm S av betong. Detaljerte dimensjoner for apparatet er angitt nedenfor, men for å lette forståelsen skal det på dette trinn nevnes at diameteren på den sammenhengende akse for torusen er omtrent 3 meter, hvilket vil kunne bedømmes ut fra størrelsen på rekkverkene H i fig. 1. Fig. 12 shows a diagram of the essential electrical and gas current circuits in the device. Figs. 1-3 show a hollow metal torus T which is designed so that it can be divided along a diameter into two identical halves 1, each of which is supported by a carriage 2. In fig. 1, the closer of the two halves is shown pushed out from the other, which is shown in its normal operating position. In fig. 2, the halves 1 are brought together by flanges 3 to form the complete torus T. Transformer cores 4 are arranged around the torus at the diametrically opposite locations where the flanges 3 are located as shown in fig. 2. The two cores 4 are kept inside a heavy yoke construction 5 (fig. 3) and the whole thing is placed inside a massive biological screen S made of concrete. Detailed dimensions of the apparatus are given below, but to facilitate understanding it should be mentioned at this stage that the diameter of the continuous axis of the torus is approximately 3 meters, which can be judged from the size of the railings H in fig. 1.

Hver transformator kjerne 4 er utstyrt med en fordelt toroidformet sterkstrøms-vikling 6 av kobber med stort tverrsnitt. Anordningen av hver transformatorvikling 6 er slik at de enkelte vindinger, som er vist skravert i fig. 3, kan kobles i flere forskjellige serie-parallell-anordninger for å utgjøre primærviklingen i en pulstransformator med en en-vindings kortsluttet sekundærvikling som utgjøres av gass-torusen T. En i det vesentlige identisk anordning av individuelle vindinger 66, som ikke er skravert, og som har klemmer på motsatte sider av transformatorkjernen ut-gjør en likestrøms forspenningsvikling på hver kjerne. Each transformer core 4 is equipped with a distributed toroidal high-current winding 6 of copper with a large cross-section. The arrangement of each transformer winding 6 is such that the individual windings, which are shown shaded in fig. 3, can be connected in several different series-parallel arrangements to form the primary winding in a pulse transformer with a one-turn short-circuited secondary winding formed by the gas torus T. A substantially identical arrangement of individual turns 66, which is not shaded, and which have clamps on opposite sides of the transformer core form a direct current bias winding on each core.

Det er anordnet elektrisk isolasjon 20, 21 mellom flensene 3 i torusen, slik som vist i fig. 9, for å hindre at metalltorusen selv skal utgjøre en kortsluttet vinding. Electrical insulation 20, 21 is arranged between the flanges 3 in the torus, as shown in fig. 9, to prevent the metal torus itself from constituting a short-circuited winding.

En toroidformet stabiliseringsvikling 16 (fig. 2) er anordnet på torusen for å skaffe et aksialt felt som tjener til å minske de naturlige instabiliteter i gassutladningen til et nivå hvor kollisjoner med veggen ikke lenger er av betydning. Viklingen 16 er anbragt i elleve spoler 16a, 16b og 16c på hver kvadrant av torusen. For klarhets skyld er disse spoler bare vist på en kvadrant i fig. 2. A toroidal stabilization winding 16 (fig. 2) is arranged on the torus to provide an axial field which serves to reduce the natural instabilities in the gas discharge to a level where collisions with the wall are no longer significant. The winding 16 is arranged in eleven coils 16a, 16b and 16c on each quadrant of the torus. For clarity, these coils are only shown in one quadrant in FIG. 2.

Torusen T er, som det fremgår av grunnrisset i fig. 2, satt sammen av flere korte sylindriske seksjoner slik at det blir tilnærmet en sann torus. På en diameter perpendikulært til diameteren gjennom flensene 3 er det anordnet kasser 7. Disse kasser som skal beskrives nærmere nedenfor er utstyrt med vinduer 8 for inspek-sjon av gassutladningen inne i torusen. The torus T is, as can be seen from the ground plan in fig. 2, assembled from several short cylindrical sections so that it approximates a true torus. Boxes 7 are arranged on a diameter perpendicular to the diameter through the flanges 3. These boxes, which will be described in more detail below, are equipped with windows 8 for inspection of the gas discharge inside the torus.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er hver halvdel 1 av torusen T utstyrt med en foring, i det minste i områdene for hvert isolert gap, for å beskytte gapet mot jonebombardement, slik det skal beskrives nedenfor. Det er imidlertid å foretrekke å skjerme torusen fullstendig ved hjelp av en foring som omfatter flere segmenter 11 slik som vist i fig. 4 og 5. Hvert segment holdes uavhengig øverst og nederst ved hjelp av elektrisk isolerte og innstillbare innretninger som er vist i fig. 7, henholdsvis 8, og selv om hvert segment 11 overlap-per sin nabo er de adskilt ved hjelp av en isolerende pakning. Den potensialforskjell som ville oppstå mellom endene av en me-tallisk sammenhengende foring i hver halve torus 1, på grunn av at den er åpen sekundær halvvinding, er således serie-messig oppdelt og det opptrer således bare en forholdsvis liten potensialforskjell over According to the present invention, each half 1 of the torus T is provided with a liner, at least in the areas of each isolated gap, to protect the gap from ion bombardment, as will be described below. However, it is preferable to shield the torus completely by means of a liner comprising several segments 11 as shown in fig. 4 and 5. Each segment is held independently at the top and bottom by means of electrically isolated and adjustable devices shown in fig. 7, respectively 8, and although each segment 11 overlaps its neighbour, they are separated by means of an insulating gasket. The potential difference that would arise between the ends of a metallic continuous lining in each half torus 1, due to the fact that it is an open secondary half-turn, is thus divided in series and there is thus only a relatively small potential difference above

hver pakning. each pack.

Anordninger for å tømme torusen omfatter samlerør 9 og pumper 10 (fig. 10 og 11) som er anbragt på undersiden av kassene 7 for å tømme rommet innenfor foringen, og rør 156 og pumper 155 (fig. 1 og 2) som er koblet til åpninger i torus veggen omtrent midtveis mellom kassene 7 og flensene 3 på hver kvadrant av torusen for ytterligere å redusere trykket i rommet mellom foringen og torus-veggen. Bare en av de fire like pumper er vist på tegningen. Devices for emptying the torus include collecting pipes 9 and pumps 10 (Figs. 10 and 11) which are placed on the underside of the boxes 7 to empty the space within the casing, and pipes 156 and pumps 155 (Figs. 1 and 2) which are connected to openings in the torus wall approximately midway between the boxes 7 and the flanges 3 on each quadrant of the torus to further reduce the pressure in the space between the lining and the torus wall. Only one of the four identical pumps is shown in the drawing.

Diagrammet i fig. 12 viser bare hoved-delene, som allerede er kort beskrevet, nemlig torusen T, transformatorkjernene 4, de toroidformete transformatorviklinger The diagram in fig. 12 shows only the main parts, which have already been briefly described, namely the torus T, the transformer cores 4, the toroidal transformer windings

6, de toroidformete stabiliseringsviklinger 16 og vakuumpumpene 10 og 155, idet bare 6, the toroidal stabilization windings 16 and the vacuum pumps 10 and 155, as only

en pumpe er vist og viklingene er vist rent skjematisk. a pump is shown and the windings are shown purely schematically.

De viktigste elektriske deler for ut-vikling av periodiske høyeffektpulser i de toroidformete transformatorviklinger 6 omfatter en kondensator 12, en høyspen-nings likestrømskilde 13 som er innrettet til å lade kondensatoren gjennom et rør 14, og en mekanisk bryter 15 for utladning av kondensatoren omtrent hvert 10. sekund gjennom en strømkrets som omfatter viklingene 6. Strømmen i viklingene 6 etter hver lukking av bryteren 15 får således form av en eneste likerettet puls hvis lengde er bestemt av tidskonstantene for strømkretsen og kan varieres ved å endre serieparallell-ell-anordningen av viklingene 6. Den fordelte forspennings vikling 66 er innrettet til å forspenne transformatorkjernene 4 til metning i en retning, slik at en puls kan påtrykkes viklingen 6 som vil bringe fluksen opp til metning i den motsatte retning. Ved å benytte en forspent kjerne, kan kjerne-tverrsnittet holdes så lavt som mulig og kjernematerialet er valgt slik at forspenningsenergien holdes på et minimum. The most important electrical parts for developing periodic high-power pulses in the toroidal transformer windings 6 comprise a capacitor 12, a high-voltage direct current source 13 which is arranged to charge the capacitor through a tube 14, and a mechanical switch 15 for discharging the capacitor approximately every 10th second through a current circuit comprising the windings 6. The current in the windings 6 after each closing of the switch 15 thus takes the form of a single rectified pulse whose length is determined by the time constants of the current circuit and can be varied by changing the series-parallel-ell arrangement of the windings 6. The distributed bias winding 66 is arranged to bias the transformer cores 4 to saturation in one direction, so that a pulse can be applied to the winding 6 which will bring the flux up to saturation in the opposite direction. By using a prestressed core, the core cross-section can be kept as low as possible and the core material is chosen so that the prestressing energy is kept to a minimum.

Etterat hele apparatet nå er kort beskrevet skal de forskjellige deler beskrives nærmere og hver for seg. After the entire device has now been briefly described, the various parts must be described in more detail and separately.

Torusen T er fremstillet ved å sveise sammen flere korte sylindriske seksjoner av handelsaluminium slik at det dannes en omtrent sann torus med en boring på ca. 1,1 m og en middeldiameter på 3,2 m, hvilket gir et volum på 10 000 liter. Vegg-tykkelsen er omtrent 2,5 cm for å oppnå de nødvendige elektromagnetiske speilkrefter til å stabilisere utladningen. For å hindre at metalltorusen selv skal utgjøre en kortsluttet vinding må det anordnes minst et isolert gap og for å minske potensialfor-skjellen over hvert gap vil det være ønske-lig å bygge torusen av flere korte seksjoner som er innbyrdes isolert. For imidlertid å hindre at fordelingen av de hvirvel-strømmer som frembringer speilkreftene blir forstyrret er det en fordel å ha det minst mulige antall gap. The torus T is produced by welding together several short cylindrical sections of commercial aluminum so that an approximately true torus is formed with a bore of approx. 1.1 m and a mean diameter of 3.2 m, which gives a volume of 10,000 litres. The wall thickness is approximately 2.5 cm to achieve the necessary electromagnetic mirror forces to stabilize the discharge. In order to prevent the metal torus itself from constituting a short-circuited winding, at least one insulated gap must be arranged and to reduce the potential difference across each gap, it would be desirable to build the torus from several short sections which are mutually insulated. However, in order to prevent the distribution of the eddy currents that produce the mirror forces from being disturbed, it is an advantage to have the smallest possible number of gaps.

Av praktiske grunner er det anordnet to gap mellom flensene 3 og fremgangs-måten for anordning av en isolert vakuum-tett tetning er vist i detalj i fig. 9. Det er ingen mekanisk festeanordning for å holde de to halvdeler 1 av torusen sammen idet lufttrykket er tilstrekkelig for dette formål når torusen er evakuert. Hvert av de ønskete gap er fylt av en skive 20 av poly-ten som holdes på en av flensene 3 ved hjelp av en sammensatt isolasjonsring 21 av harpiksimpregnert og sammensatt ved som har en innvendig skråflate 22 som pas-ser sammen med en tilsvarende ytre flate på skiven 20. Den sammensatte ring 21 består av to lag av adskilte segmenter, hvor skjøtene i et lag er forskjøvet i forhold til skjøtene i det annet lag, og er festet til flensen 3 ved hjelp av bolter 23. Ringformete aluminiumsinnlegg 24 danner under-skårne lepper 25 som sammen med svale-haleformete seksjonsringer 26 holder to gummiringer 27 med O-tverrsnitt på plass mot flaten på hver flens 3. Tykkelsen av svalehaleringene 26 er slik at når flensen 3 trykkes sammen blir O-ringene 27 pres-set sammen akkurat tilstrekkelig til å bevirke en vakuumtetning mellom hver flens og skiven 20. Innleggene 24 er innrettet til lett å kunne skiftes hvis de skulle bli ska-det ved overslag over gapet mellom dem. For practical reasons, two gaps are arranged between the flanges 3 and the procedure for arranging an insulated vacuum-tight seal is shown in detail in fig. 9. There is no mechanical fastening device to hold the two halves 1 of the torus together as the air pressure is sufficient for this purpose when the torus is evacuated. Each of the desired gaps is filled by a disk 20 of polyethylene which is held on one of the flanges 3 by means of a composite insulation ring 21 of resin-impregnated and composite wood which has an internal inclined surface 22 which fits together with a corresponding external surface on the disk 20. The composite ring 21 consists of two layers of separate segments, where the joints in one layer are offset in relation to the joints in the other layer, and are attached to the flange 3 by means of bolts 23. Annular aluminum inserts 24 form sub- cut lips 25 which, together with dovetail-shaped section rings 26, hold two rubber rings 27 with an O cross-section in place against the surface of each flange 3. The thickness of the dovetail rings 26 is such that when the flange 3 is pressed together, the O-rings 27 are pressed together exactly sufficient to effect a vacuum seal between each flange and the disc 20. The inserts 24 are designed to be easily replaceable if they should be damaged by passing over the gap between them.

De sylindriske segmenter 11 som gjør en foring for torusen er innrettet til å skjerme de to gap som er fylt av skivene 20 mot jonebombardement og ultrafiolett stråling som ellers ville bevirke ødeleggelse av gapene under de driftsforhold som skal beskrives nedenfor. Det er 48 segmenter 11 og potensialet over gapene mellom hvert segment er således 1/24 av potensialet over gapene i torusen, og under disse driftsforhold er elektrisk sammenbrudd lite sannsynlig. The cylindrical segments 11 which form a lining for the torus are designed to shield the two gaps which are filled by the discs 20 against ion bombardment and ultraviolet radiation which would otherwise cause destruction of the gaps under the operating conditions to be described below. There are 48 segments 11 and the potential across the gaps between each segment is thus 1/24 of the potential across the gaps in the torus, and under these operating conditions electrical breakdown is unlikely.

Hvert segment 11 omfatter en rørsløy-fe 28 (fig. 5—£) og på hver side av denne er det sveiset en sylindrisk hylse slik som vist i fig. 6. Aksene for hylsene danner en liten vinkel med hverandre tilsvarende for-men på torusen. Den ytre kant av en hylse er gaffelformet som vist ved 29 og kanten på den annen hylse er bøyet ut som vist ved 30 slik at kantene på nabosegmenter er bladet inn i hverandre og veggene i torusen T er fullstendig skjermet. For å sikre at nabosegmenter av foringen ikke rører hverandre, og for å skaffe en delvis vakuumtetning mellom rommet innenfor foringen og det ringformete rom mellom foringen og torusveggen er det anbragt iso-lasjonspakninger 153 av polytetrafluorety-len mellom hvert par nabosegmenter. Each segment 11 comprises a tube loop 28 (fig. 5-£) and on each side of this a cylindrical sleeve is welded as shown in fig. 6. The axes of the sleeves form a small angle with each other corresponding to the shape of the torus. The outer edge of one sleeve is forked as shown at 29 and the edge of the other sleeve is bent out as shown at 30 so that the edges of neighboring segments are bladed into each other and the walls of the torus T are completely shielded. To ensure that neighboring segments of the liner do not touch each other, and to provide a partial vacuum seal between the space within the liner and the annular space between the liner and the torus wall, insulating gaskets 153 of polytetrafluoroethylene are placed between each pair of neighboring segments.

For å innstille segmentene 11 er det anordnet øvre og nedre innstillbare, elektrisk isolerte og vakuumtette holdere slik som vist i fig. 7 henholdsvis 8. Som vist i fig. 4 og 7 omfatter hver øvre holder en gjennomføring 31 av isolasjonsmaterial innrettet til å boltes over et hull i veggen av torusen T og utstyrt med en vakuumtetning 32. En bolt 33 som holdes av en riflet mutter 34 som ligger mot en plate 35 er skrudd inn i en bøssing 36 som er sveiset til toppen av et foringssegment 11 der rørsløyfen 28 ligger. In order to adjust the segments 11, upper and lower adjustable, electrically insulated and vacuum-tight holders are arranged as shown in fig. 7 and 8 respectively. As shown in fig. 4 and 7 each upper holder comprises a bushing 31 of insulating material adapted to be bolted over a hole in the wall of the torus T and provided with a vacuum seal 32. A bolt 33 held by a knurled nut 34 resting against a plate 35 is screwed in in a bushing 36 which is welded to the top of a liner segment 11 where the pipe loop 28 is located.

Boringen i gjennomføringen 31 hvor-igjennom bolten 33 er ført er klokkeformet for å sikre at bolten henger vertikalt og en vakuumtetning mellom bolten og gjennom-føringen er oppnådd véd hjelp av en plate 37 og en O-ring-pakning 37a. Foringsseg-mentet 11 kan således innstilles vertikalt ved hjelp av den riflete mutter 34. Horison-talinnstilling bevirkes ved at det er en stor klaring mellom gjennomføringen 31 og de bolter som fester den til torusen T. The bore in the passage 31 through which the bolt 33 is passed is bell-shaped to ensure that the bolt hangs vertically and a vacuum seal between the bolt and the passage is achieved by means of a plate 37 and an O-ring seal 37a. The liner segment 11 can thus be adjusted vertically with the help of the knurled nut 34. Horizontal adjustment is effected by there being a large clearance between the bushing 31 and the bolts that attach it to the torus T.

Som vist i fig. 8 omfatter hver nedre holder en trommelformet gjennomføring 38 isolasjonsmaterial og med en rund flens 39. Gjennomføringen 38 er utstyrt med en vakuumpakning 80 der hvor den er ført gjennom et hull i veggen i torusen T og er rettet inn vertikalt ved hjelp av tre sett-skruer 81 som er jevnt fordelt rundt flensen 39 og som er skrudd inn i en metall-støtplate 82, og ved hjelp av tre bolter 83 som ligger mellom skruene 81 rundt flensen 39 og som er skrudd inn i torusen T. Boltene 83 har løs pasning i flensen 39 og platen 82, og er utstyrt med muttere 84. Endene av settskruene 81 holdes således mot torusen ved hjelp av muttere 84 og på boltene 83, og den vertikale stilling og innretning av gjennomføringen 38 kan innstilles ved hjelp av settskruene 81. As shown in fig. 8, each lower holder comprises a drum-shaped bushing 38 of insulating material and with a round flange 39. The bushing 38 is equipped with a vacuum seal 80 where it is passed through a hole in the wall of the torus T and is aligned vertically by means of three set screws 81 which is evenly distributed around the flange 39 and which is screwed into a metal thrust plate 82, and with the help of three bolts 83 which lie between the screws 81 around the flange 39 and which are screwed into the torus T. The bolts 83 have a loose fit in the flange 39 and the plate 82, and is equipped with nuts 84. The ends of the set screws 81 are thus held against the torus with the help of nuts 84 and on the bolts 83, and the vertical position and arrangement of the bushing 38 can be adjusted with the help of the set screws 81.

En skiveformet rørpropp 85, som også er vist i fig. 5, er festet til det nedre midt-punkt av hvert foringssegment 11 og opp-tar endene av rørsløyfen 28. To gjengete hylser 86 henger ned fra proppen 85 inn i en oval boring 87 i gjennomføringen 38 slik at rørforbindelser for en kjøle væske kan kobles til rørsløyfen 28. En pakningsring 88 er anordnet mellom rørproppen 85 og gjen-nomføringen 38, og to bolter 89 som går gjennom de tykke deler av veggen i gjen-nomføringen 38 fester proppen til gjen-nomføringen. A disc-shaped tube plug 85, which is also shown in fig. 5, is attached to the lower center point of each liner segment 11 and occupies the ends of the pipe loop 28. Two threaded sleeves 86 hang down from the plug 85 into an oval bore 87 in the bushing 38 so that pipe connections for a cooling liquid can be connected to the pipe loop 28. A sealing ring 88 is arranged between the pipe plug 85 and the grommet 38, and two bolts 89 passing through the thick parts of the wall of the grommet 38 fasten the plug to the grommet.

Detaljer ved vinduskassene 7 og de til-hørende pumper er vist i fig. 10 og 11. Hver består av et aluminiumsstykke som er innrettet til å feste mellom flenser 40 på til-støtende seksjoner av torusen T. Sliss-lignende glassvinduer 8 er anordnet på front-og topp-flatene av kassene 7 og et sylindrisk samlerør 9 er festet på undersiden av dem med en elektrisk isolerende plate 41 som mellomlegg. Langs bunnen av røret 9 er det et ytterligere vindu 42 i linje med det øvre vindu 8. Røret 9 står i forbindelse med et T-formet stykke 43, som også er vist i fig. 1, og hvor det på hvert ben er anbragt en diffusjonspumpe 10 med 36 cm boring. De åtte pumper 155 har 15 cm boring og er ved hjelp av rør 156 og flensskjøter 158 koblet til korte rørlengder 157 som ved hjelp av flensskjøter er forbundet med hull i torusveggen. Plensskjøtene 158 er utstyrt med polytenpakninger (ikke vist) for å vedlikeholde isolasjonen av torusen. En lignende isolasjon er anordnet ved de forskjellige andre gass- og væske tilknytninger for torusen og foringen. De tolv pumper er alle koblet til en felles tilbakeledning. Details of the window boxes 7 and the associated pumps are shown in fig. 10 and 11. Each consists of an aluminum piece adapted to fit between flanges 40 on adjacent sections of the torus T. Slit-like glass windows 8 are provided on the front and top surfaces of the boxes 7 and a cylindrical header 9 is fixed on the underside of them with an electrically insulating plate 41 as a spacer. Along the bottom of the pipe 9 there is a further window 42 in line with the upper window 8. The pipe 9 is in connection with a T-shaped piece 43, which is also shown in fig. 1, and where a diffusion pump 10 with a 36 cm bore is placed on each leg. The eight pumps 155 have a 15 cm bore and are connected by means of pipes 156 and flange joints 158 to short pipe lengths 157 which are connected to holes in the torus wall by means of flange joints. The lawn joints 158 are equipped with polyethylene gaskets (not shown) to maintain the insulation of the torus. A similar isolation is provided at the various other gas and liquid connections for the torus and liner. The twelve pumps are all connected to a common return line.

Oljediffusjonspumper kan benyttes i et anlegg som arbeider med deuterium, idet pumpeoljen tillates å bli mettet med deuterium. I et anlegg hvor det benyttes tritium blir det fortrinnsvis benyttet kvikk-sølvpumper, idet det tas tilstrekkelige, kjente forholdsregler, f. eks. å sikre lav tilbakediffusjon og effektiv kuldeisolasjon, for å hindre at kvikksølvet tilbakediffuse-res inn i aluminiumstorusen. Oil diffusion pumps can be used in a plant that works with deuterium, as the pump oil is allowed to become saturated with deuterium. In a facility where tritium is used, mercury-silver pumps are preferably used, with adequate, known precautions being taken, e.g. to ensure low back-diffusion and effective cold insulation, to prevent the mercury from diffusing back into the aluminum torus.

Fig. 11 viser også hvorledes foringene 11 i nærheten av vinduskassene 7 møter sideveggene 165 i kassene i delvis vakuumtette tetninger ved hjelp av ringformete spor 164 i de ytre flater i disse vegger. Det er isolasjonsmaterial 153 mellom foringene og sporene på lignende måte som mellom naboforinger. Fig. 11 also shows how the liners 11 in the vicinity of the window boxes 7 meet the side walls 165 of the boxes in partially vacuum-tight seals by means of annular grooves 164 in the outer surfaces of these walls. There is insulating material 153 between the linings and the grooves in a similar way as between neighboring linings.

På en av sideveggene i en av vinduskassene er det anbragt en sonde 124 som ligner en bil-tennplugg med en forlenget og rettvinklet midtre elektrode. On one of the side walls of one of the window boxes is placed a probe 124 which resembles a car spark plug with an extended and right-angled central electrode.

Som vist i fig. 1 og 3 er transformatorkjernene 4 ringformet og holdes inne i en åk-konstruksjon 5 som omfatter to like endedeler 50 som er utført av stålplate og U-jern, som i oppriss er vist i fig. 3. Delene 50 er anbragt på en bunnramme 51 av U-jern og er sammenkoblet på sidene ved hjelp av flere strekkbolter 52. As shown in fig. 1 and 3, the transformer cores 4 are ring-shaped and are held inside a yoke construction 5 which comprises two identical end parts 50 which are made of steel plate and U-iron, which is shown in elevation in fig. 3. The parts 50 are placed on a bottom frame 51 of U-iron and are connected on the sides by means of several tension bolts 52.

Hver kjerne 4 består av flere ringformete platelignende elementer 53 (se fig. 2) som hvert er laget av spiral viklet koldvalset strimmelformet transformator-blikk 47 som holdes mellom indre og ytre stålbånd 48, henholdsvis 49. Det er tolv elementer 53 med full størrelse for hver kjerne og hvert av disse elementer har en indre diameter på 1,5 m, en ytre diameter på 3 m og en tykkelse på 10 cm. Ved hver ende er det anordnet tre elementer 54 med avtagende størrelse sammen med store og små ringformete plater 55, henholdsvis 56 som er utført av harpiksimpregnert og limet tre. Each core 4 consists of several annular plate-like elements 53 (see Fig. 2) each of which is made of spirally wound cold-rolled strip-shaped transformer tin 47 held between inner and outer steel bands 48, 49 respectively. There are twelve elements 53 of full size for each core and each of these elements has an inner diameter of 1.5 m, an outer diameter of 3 m and a thickness of 10 cm. At each end, three elements 54 of decreasing size are arranged together with large and small ring-shaped plates 55 and 56, respectively, which are made of resin-impregnated and glued wood.

Hver kjerne hviler på ti bærere 57 som strekker seg mellom endedelene 50 i åk-konstruksjonen 5 og holdes ved hver ende ved hjelp av åtte radiale armer 58 som strekker seg radialt innover fra endedelen 50 og som hver er festet til den ytre isola-sjonsplate 56 ved hjelp av to bolter 59. Ingen av strekkboltene strekker seg gjennom kjernen idet elementene 53 holdes sammen ved endetrykk som utøves av kon-struksjonen 5 gjennom armene 58. Each core rests on ten carriers 57 which extend between the end parts 50 of the yoke structure 5 and are held at each end by means of eight radial arms 58 which extend radially inwards from the end part 50 and which are each attached to the outer insulation plate 56 by means of two bolts 59. None of the tension bolts extend through the core as the elements 53 are held together by end pressure exerted by the construction 5 through the arms 58.

Viklingen på hver kjerne består av 54 enkeltsløyfevindinger (fig. 2) som hver er ca. 5,5 m lange av gummi-isolert 11 kV kabel med tilnærmet 2,85 cm ytre diameter, og som strekker seg gjennom isolasjonsrør 60 og holdes av klemmer 61 som er festet til de ytre isolasjonsplater 56. De 27 magne-tiseringsvindinger 6 som pulsen påtrykkes er vist skravert og er koblet i grupper på tre som er forbundet ved endene ved hjelp av lenker 62. En ende av hver gruppe er forbundet med den annen ende av den neste gruppe ved hjelp av en lenk 63, slik at det dannes ni vindinger på hver kjerne som er seriekoblet ved hjelp av en lenk 64 for i alt å gi atten vindinger mellom klemmer 65. De 27 forspenningsviklinger 66 har sine koblinger på den motsatte flate i kjernen og er koblet slik at de danner tre grupper på ni parallell-koblete vindinger hvor de tre grupper er koblet i serie. Forspenningsviklingene på de to kjerner er også koblet i serie for å gi seks seriekoblete vindinger. Endene på magnetiserings- og forspenningsviklingene er til slutt ført ut til klemmer 67 (fig. 1). The winding on each core consists of 54 single-loop windings (Fig. 2), each of which is approx. 5.5 m long of rubber-insulated 11 kV cable with approximately 2.85 cm outer diameter, and which extends through insulating tube 60 and is held by clamps 61 which are attached to the outer insulating plates 56. The 27 magnetizing windings 6 as the pulse is shown shaded and is connected in groups of three which are connected at the ends by means of links 62. One end of each group is connected to the other end of the next group by means of a link 63, so that nine turns are formed on each core which is connected in series by means of a link 64 to give a total of eighteen turns between terminals 65. The 27 bias windings 66 have their connections on the opposite face of the core and are connected to form three groups of nine parallel-connected windings where the three groups are connected in series. The bias windings on the two cores are also connected in series to give six series-connected turns. The ends of the magnetization and bias windings are finally led out to terminals 67 (fig. 1).

Stabiliseringsviklingenel6 på torusen T er bare vist i fig. 2, og de er der bare vist for en kvadrant for klarhets skyld. Viklingen er på hver kvadrant anbragt i ni spoler 16b, en spole 16a ved flensene 3, og en spole 16c ved vinduskassen 7. Hver spole 16b inneholder tre lag med fem vindinger mens spolen 16a inneholder fire lag med fem vindinger og spolen 16c inneholder seks lag med fire vindinger, idet de ytterligere vindinger på endespolene i hver kvadrant kompenserer for den økete avstand mellom endespolene som er nødvendig på grunn av flensene 3 og kassene 7 for å gi et omtrent konstant magnetisk felt langs den sammenhengende akse for torusen. Den fullstendige vikling 16 består således av 716 seriekoblede vindinger, og gir ved en merkestrømstyrke på 1200 A et felt på omtrent 1000 gauss. Viklingene 16 tilføres energi fra en vanlig likestrømskilde 17. The stabilization coil 6 on the torus T is only shown in fig. 2, and they are shown there only for one quadrant for the sake of clarity. The winding is on each quadrant arranged in nine coils 16b, one coil 16a at the flanges 3, and one coil 16c at the window box 7. Each coil 16b contains three layers of five turns while the coil 16a contains four layers of five turns and the coil 16c contains six layers with four turns, the additional turns on the end coils in each quadrant compensating for the increased distance between the end coils which is necessary due to the flanges 3 and boxes 7 to provide an approximately constant magnetic field along the continuous axis of the torus. The complete winding 16 thus consists of 716 series-connected windings, and at a rated current of 1200 A provides a field of approximately 1000 gauss. The windings 16 are supplied with energy from a normal direct current source 17.

Den energikilde 13 som er vist i skje-maet i fig. 12 er en vanlig 27 kV likestrøms-energikilde som omfatter en 3-fase-transformator og likeretter. Kondensatoren 12 har en kapasitet på 1600 j.iF og kan lades til 25 kV. Den omfatter 52 kondensator-enheter som er isolert med mineralolje-impregnert papir, som hver er på 31 (.iF og som er koblet i parallell. Ladning utføres lineært gjennom en begrensningsmotstand 100 på omtrent 20 ohm og trioderøret 14 («Osram type E1872») som er utstyrt med en glødetransformator 101 og glødestrøms-kilde 102. Potensialkilden 103 for gitteret i trioden 14, som drives under emisjons-begrensete forhold som gir en omtrent konstant ladestrøm på 4—5 A, blir styrt av en motordrevet hoved-tidsstyreenhet 104. The energy source 13 shown in the diagram in fig. 12 is a conventional 27 kV direct current power source comprising a 3-phase transformer and rectifier. The capacitor 12 has a capacity of 1600 j.iF and can be charged to 25 kV. It comprises 52 capacitor units insulated with mineral oil-impregnated paper, each of 31 (.iF and connected in parallel. Charging is carried out linearly through a limiting resistor 100 of about 20 ohms and the triode tube 14 ("Osram type E1872" ) which is equipped with a glow transformer 101 and glow current source 102. The potential source 103 for the grid in the triode 14, which is operated under emission-limited conditions which gives an approximately constant charging current of 4-5 A, is controlled by a motor-driven main time control unit 104 .

Kondensatoren 12 utlades gjennom viklingene 6 ved hjelp av bryteren 15 som er en hurtiglukkende bryter med begge kon-takter isolert for en driftsspenning på 25 kV og som er i stand til å slutte for 90 kA med en førgniststid på mindre enn 500 mikrosekunder. Bryteren er av den trykk-luftdrevne type hvor luften sammentryk-kes til omtrent 10,5 kg/cm- for å redusere gnistdannelse mellom kontaktene når de sluttes. Kontaktslit er gjort minst mulig ved hjelp av en stor mettbar reaktans-spole 105 som er forspent fra en likestrømskilde 106 gjennom en isolerende strupespole 107. Reaktansspolen 105 er konstruert til å opp-ta 25 kV under førgnisttiden uten at strøm-styrken stiger over 1000 A. Når den er mettet er induktansen lav nok til at topp-verdien for pulsstrømmen ikke blir særlig påvirket. Når viklingene 6 er koblet slik at foi-holdet mellom vindingene i primær- og sekundærvikling er 9:1 må induktansen i reaktansspolen 105 være mindre enn 100 uH. En motstand 162 på omtrent 100 ohm er koblet over reaktansspolen 105 for at en strømstyrke på opp til 200 A skal kunne flyte gjennom viklingene 6 under førgnist-tiden. The capacitor 12 is discharged through the windings 6 by means of the switch 15 which is a quick-closing switch with both contacts isolated for an operating voltage of 25 kV and which is capable of terminating for 90 kA with a pre-spark time of less than 500 microseconds. The switch is of the compressed-air operated type where the air is compressed to approximately 10.5 kg/cm to reduce spark formation between the contacts when they are closed. Contact wear is minimized by means of a large saturable reactance coil 105 which is biased from a direct current source 106 through an insulating choke coil 107. The reactance coil 105 is designed to absorb 25 kV during the pre-spark time without the current rising above 1000 A When it is saturated, the inductance is low enough that the peak value for the pulse current is not particularly affected. When the windings 6 are connected so that the foi ratio between the turns in the primary and secondary winding is 9:1, the inductance in the reactance coil 105 must be less than 100 uH. A resistor 162 of approximately 100 ohms is connected across the reactance coil 105 so that a current of up to 200 A can flow through the windings 6 during the pre-spark time.

Videre er det en ikke-lineær motstand 109 i hovedpulsstrømkretsen i serie med den mettbare reaktansspole 105. Den ikke-lineære motstand 109 består av et sett på 300 silisiumkarbidenheter som er koblet i parallell for å minske tilbakespenningen ved overstyring i pulsstrøm-kretsen til mindre enn 10 % av den største forover-spenning og på den måten å beskytte kondensatoren 12. Som en ytterligere beskyttelse er det over viklingene 6 koblet en ignitron 163 («B.T.H. type BK 178») som utløses ved hjelp av en puls fra en styre-strømkrets 166 når spenningen over et potensiometer 118 begynner å vendes. Furthermore, there is a non-linear resistor 109 in the main pulse current circuit in series with the saturable reactance coil 105. The non-linear resistor 109 consists of a set of 300 silicon carbide units which are connected in parallel to reduce the reverse voltage on overshoot in the pulse current circuit to less than 10% of the largest forward voltage and in that way to protect the capacitor 12. As a further protection, an ignitron 163 ("B.T.H. type BK 178") is connected across the windings 6 which is triggered by a pulse from a control circuit 166 when the voltage across a potentiometer 118 begins to reverse.

Strømmen i gass-utladningen i torusen T kontrolleres ved hjelp av en tovindings-toroidformet Rogowski opptager-spole 110 som er viklet rundt utsiden av torusen. I det tilfelle at gasstrømmen ikke stiger i løpet av omtrent 5 mikrosekunder etter slutningen av bryteren 15, bevirker ut- The current in the gas discharge in the torus T is controlled by means of a two-turn toroidal Rogowski pickup coil 110 which is wound around the outside of the torus. In the event that the gas flow does not rise within approximately 5 microseconds after closing the switch 15, the out-

gangsenergien fra spolen 110 utløsning av en styrekrets 112 for en ignitron 113 the trip energy from the coil 110 triggering of a control circuit 112 for an ignitron 113

(«B.T.H. type BK 178») slik at denne ten-nes og slik at viklingene 6 kortsluttes gjennom et 2 ohms motstandssett 114. Pulsen som tenner ignitronen 113 utvikles i strøm-kretsen 112 fra den bakre kant av en puls som fås fra en vikling 159 på reaktoren 105, idet denne tenningspuls normalt under-trykkes av den puls som oppnås fra spolen 110. ("B.T.H. type BK 178") so that this is ignited and so that the windings 6 are short-circuited through a 2 ohm resistor set 114. The pulse that ignites the ignitron 113 is developed in the current circuit 112 from the rear edge of a pulse obtained from a winding 159 on the reactor 105, as this ignition pulse is normally suppressed by the pulse obtained from the coil 110.

Andre kontrollanordninger omfatter et oscilloskop 117 som påvirkes fra et uttak på potensiometeret 118 for å angi kondensator-spenningen, et oscilloskop 119 som påvirkes fra en induktiv kobling 120 i puls-strømkretsen for å angi den primære puls-strømstyrke og et oscilloskop 121 som påvirkes fra et uttak på en potensialdeler 122 som er koblet over en vikling på en av kjernene for å angi spenningen over denne vikling. Et oscilloskop 123 er også koblet til gass-strømkontrollspolen 110 for å angi gass-strømmen i torusen. Tidsbasislinjene for disse oscilloskoper utløses gjennom en leder 161 fra en tidsstyrestrømkrets 160 som utløses fra viklingen 159. To tidslinje-hastigheter står til rådighet. To «Hughes Memotron» akkumuleringsoscilloskoper Other control devices comprise an oscilloscope 117 which is actuated from an outlet on the potentiometer 118 to indicate the capacitor voltage, an oscilloscope 119 which is actuated from an inductive coupling 120 in the pulse current circuit to indicate the primary pulse current strength and an oscilloscope 121 which is actuated from an outlet on a potential divider 122 which is connected across a winding on one of the cores to indicate the voltage across this winding. An oscilloscope 123 is also connected to the gas flow control coil 110 to indicate the gas flow in the torus. The time baselines for these oscilloscopes are triggered through a lead 161 from a timing control circuit 160 which is triggered from the winding 159. Two timeline speeds are available. Two "Hughes Memotron" accumulation oscilloscopes

(ikke vist) kan benyttes for ettervalg å (not shown) can be used for post-selection to

undersøke bølgeformene på utvalgte punk-ter i strømkretsen. examine the waveforms at selected points in the circuit.

Sonden 124, som også er vist i fig. 10, er anordnet for å kontrollere joniseringen i gassen i torusen T før hovedutladningen. Joniseringen frembringes ved å påtrykke en høyfrekvent spenning fra en kilde 126 mellom to foringssegmenter 125 som er anbragt omtrent midt på hver sin av to nabokvadranter i torusen. Frekvensen på spenningen er omtrent 3 Mp/s, og spenningen innstilles mellom 500 og 1000 V slik at strømstyrken blir omtrent 5A. Denne høy-frekvente spenning påtrykkes sammenhengende unntagen under hovedpulsen, idet den da slås av ved hjelp av et signal fra tidsstyrekretsen 160 for å unngå påvirk-ning av de forskjellige måleinstrumenter. Sonden 124 er koblet gjennom en passende strømkrets til sluttebryteren 15 for å på-virke en sperre og hindre bryteren å slutte unntagen når gassen er tilstrekkelig jonisert. The probe 124, which is also shown in FIG. 10, is arranged to control the ionization in the gas in the torus T before the main discharge. The ionization is produced by applying a high-frequency voltage from a source 126 between two lining segments 125 which are placed approximately in the middle of each of two neighboring quadrants in the torus. The frequency of the voltage is approximately 3 Mp/s, and the voltage is set between 500 and 1000 V so that the current is approximately 5A. This high-frequency voltage is continuously applied except during the main pulse, as it is then switched off by means of a signal from the timing control circuit 160 to avoid influencing the various measuring instruments. The probe 124 is connected through a suitable circuit to the closing switch 15 to actuate a latch and prevent the switch from closing except when the gas is sufficiently ionized.

Forspenningsviklingene 66 tilføres like-strøm fra en trefasetransformator og likeretter 127 som de er koblet til gjennom en strupespole 128 for å skille tilførslen fra den pulsspenning som induseres i forspen-ningsviklingen. The bias windings 66 are supplied with direct current from a three-phase transformer and rectifier 127 to which they are connected through a choke coil 128 to separate the supply from the pulse voltage induced in the bias winding.

En sikkerhetsbryter 129 er anordnet for beskyttelse av; personalet mot utladning og jording av kondensatoren 12 gjennom motstanden 114 før vedlikeholdsarbeid utføres på høyspenningsdelene i anlegget. A safety switch 129 is provided for the protection of; the staff against discharging and grounding the capacitor 12 through the resistor 114 before maintenance work is carried out on the high-voltage parts of the plant.

Fig. 12 viser også vakuumanlegget og gasstilførselsanlegget som begge består av anordninger av vanlige pumper og ventiler. Vakuumanlegget omfatter de fire diffu-sjonspumper 10 og de åtte pumper 155 (se også fig. 1) som støttes av en vanlig eksen-terpumpe 140 («Kinney type DVD 8810») som kan skilles ut ved hjelp av en ventil 141 og som, for den første pumping, kan kobles direkte til torusen T gjennom en forbiføring 142 som styres av en ventil 143. Gasstilførselsanlegget omfatter en eller flere sylindre 144 med deuterium eller tritium som ved et trykk på to atmosfærer føres til et magasin 145 som er forbundet med en av vinduskassene 7 gjennom en varm nikkelrørs gasslekk 146 og en rør-ledning 147. Fig. 12 also shows the vacuum system and the gas supply system, both of which consist of arrangements of ordinary pumps and valves. The vacuum system comprises the four diffusion pumps 10 and the eight pumps 155 (see also fig. 1) which are supported by a normal external pump 140 ("Kinney type DVD 8810") which can be separated by means of a valve 141 and which, for the first pumping, can be connected directly to the torus T through a bypass 142 which is controlled by a valve 143. The gas supply system comprises one or more cylinders 144 with deuterium or tritium which at a pressure of two atmospheres are fed to a magazine 145 which is connected to a of the window boxes 7 through a hot nickel pipe gas leak 146 and a pipe line 147.

Vakuumet skaffer en begynnelses-ut-pumpingshastighet på omtrent 5000 liter/ sekund ned til et gjenværende gasstrykk på mindre enn 5 x 10—" mm Hg. Etter til-føring av deuterium og/eller tritium gjennom lekken 146 vedlikeholdes et driftsgass-trykk på mellom 10—<1> og 10—' mm Hg inne i foringen med en pumpehastighet på omtrent 3800 liter/sekund. Trykket i det ringformete rom mellom foringen og torusveggen minskes ved hjelp av pumpene 155 for ytterligere å minske faren for overslag ved gapene mellom flensene 3. Anlegget kan, ved hjelp av ventilen 141 skilles fra grovpumpen 140 og tilførselen 144 og drives som en lukket krets. Gass fra høytrykk-siden av diffusjonspumpene 10 føres over en utskiller 150 gjennom et rør 148 til en hjelpepumpe 149 som omfatter en kvikk - sølvdampdiffusjonspumpe og en Toepler-pumpe i serie som hever trykket til 2 atm. og fører gassen tilbake til magasinet 145. Utskilleren 150 er anordnet i røret 148 for å fjerne eventuelle forurensinger. The vacuum provides an initial pump-out rate of approximately 5,000 liters/second down to a residual gas pressure of less than 5 x 10-" mm Hg. After addition of deuterium and/or tritium through leak 146, an operating gas pressure of between 10—<1> and 10—' mm Hg inside the liner at a pumping rate of approximately 3800 liters/second. The pressure in the annular space between the liner and the torus wall is reduced by means of the pumps 155 to further reduce the danger of flashover at the gaps between the flanges 3. The plant can, by means of the valve 141, be separated from the coarse pump 140 and the supply 144 and operated as a closed circuit. Gas from the high-pressure side of the diffusion pumps 10 is passed over a separator 150 through a pipe 148 to an auxiliary pump 149 which includes a quick - silver vapor diffusion pump and a Toepler pump in series which raises the pressure to 2 atm. and returns the gas to the magazine 145. The separator 150 is arranged in the pipe 148 to remove any impurities.

Kjølevannstilførselen til rørsløyfene 28 i de indre foringer 11 (fig. 5—8) drives som et lukket anlegg ved hjelp av en pumpe 151 og varmeutveksler 152 og den varme som trekkes ut kan benyttes til et hvilket som helst formål. The cooling water supply to the pipe loops 28 in the inner liners 11 (fig. 5-8) is operated as a closed system by means of a pump 151 and heat exchanger 152 and the heat that is extracted can be used for any purpose.

For å oppdage de neutroner som sendes ut ved fisjonsreaksjoner er det nær en kvadrant i torusen anordnet åtte BF,( neutron-tellere og åtte indiumveggete Geigertellere som er omgitt av parafinvoks for å virke som en moderator. En fosforscintillasjons-teller av plast er også opphengt over torusen for å måle hurtige neutroner og gam-mastråler. Ingen av disse alminnelige par-tikkeldetektorer er vist Då teenineene. To detect the neutrons emitted by fission reactions, eight BF, (neutron counters and eight indium-walled Geiger counters are arranged near one quadrant of the torus, which are surrounded by paraffin wax to act as a moderator. A plastic phosphor scintillation counter is also suspended above the torus to measure fast neutrons and gamma rays None of these common particle detectors are shown Then the ninenes.

Under drift av apparatet blir torusen T først grovtømt ved hjelp av pumpene 140 med ventil 141 lukket og ventil 143 åpen. Stillingen for disse to ventiler blir så vendt og diffusjonspumpene bevirker minsking av trykket i torusen til mindre enn 5x16—<fi >mm Hg. Alt etter den art av fisjonsreaksjon som ønskes, slippes deuterium og/eller tritium inn i torusen T fra sylindrene 144 gjennom nikkelrørslekken 146 med en slik hastighet at det opprettholdes et uforand-ret trykk på fra 10—<4> til 10—'<!> mm Hg inne i foringen. During operation of the device, the torus T is first roughly emptied using the pumps 140 with valve 141 closed and valve 143 open. The position of these two valves is then reversed and the diffusion pumps effect a reduction of the pressure in the torus to less than 5x16—<fi >mm Hg. Depending on the type of fission reaction desired, deuterium and/or tritium is admitted into the torus T from the cylinders 144 through the nickel tube leak 146 at such a rate that an unchanged pressure of from 10-<4> to 10-'<! > mm Hg inside the liner.

Med kjølevannspumpen 151 i drift, høyfrekvent energi påtrykket mellom segmentene 125, og forspenningsviklingene 66 og stabiliseringsviklingene 16 passende energisert, blir en pulsutladning påbegynt i torusen T under styring av hovedtidsstyreenheten 104. With the cooling water pump 151 operating, the high-frequency energy applied between the segments 125, and the bias windings 66 and the stabilization windings 16 suitably energized, a pulse discharge is initiated in the torus T under the control of the main timing control unit 104.

Det skal antas at hver av primærvik-lingene 6 på transformatoren er koblet slik at vindingsforholdet er 9—1 mellom dem og enkeltvindingssekundæren som utgjøres av gassen i Torusen T. It shall be assumed that each of the primary windings 6 on the transformer is connected so that the turns ratio is 9-1 between them and the single-turn secondary which is made up of the gas in the Torus T.

Koblet på denne måte har den strøm-krets som omfatter kondensatoren 12, den mettbare reaktor 105 og den ikke-lineære motstand 109 en total-induktans på 1 mH hvorav transformatorspredningsinduktan-sen utgjør omtrent halve delen. Egenfrekvensen for strømkretsen er omtrent 123 P/s, og når kondensatoren 12 blir plutselig utladet inn i strømkretsen ved å slutte bryteren 15, føres en strømpuls som når en toppverdi på omtrent 20 kA på 1,5 millisek. gjennom viklingen 6 og induserer en strømpuls med omtrent ni ganger denne størrelsen i den joniserte gass i torusen. Ignitronen 163 tenner idet spenningen på kondensatoren begynner å snu, og primær-og gasstrømmene dør bort eksponensialt. Connected in this way, the current circuit comprising the capacitor 12, the saturable reactor 105 and the non-linear resistor 109 has a total inductance of 1 mH, of which the transformer spread inductance makes up approximately half of it. The natural frequency of the circuit is about 123 P/s, and when the capacitor 12 is suddenly discharged into the circuit by closing the switch 15, a current pulse is carried which reaches a peak value of about 20 kA in 1.5 milliseconds. through the winding 6 and induces a current pulse of approximately nine times this magnitude in the ionized gas in the torus. The igniter 163 ignites as the voltage on the capacitor begins to reverse, and the primary and gas currents die away exponentially.

Belastningsmotstanden i gassen, dvs. enkeltvindings-sekundærviklingen, er omtrent 0,001 ohm og topp-gass-strømmen er minst 180 kA idet den overstiger 80 kA i tre millisek. The load resistance in the gas, i.e. the single turn secondary winding, is approximately 0.001 ohm and the peak gas current is at least 180 kA, exceeding 80 kA for three milliseconds.

Jonene blir sterkt oppvarmet som følge av kollisjoner de gjør med elektronene og det trengs en bestemt tid for at jonene og elektronene skal komme i termisk likevekt. Under de forhold som hersker i foreliggende utførelsesform er denne tid beregnet til å være omtrent 1 millisek. Av denne grunn er den strømkrets som energiserer utladningen konstruert til å levere en strømpuls med en varighet på minst 1 millisek. The ions are strongly heated as a result of collisions they make with the electrons and a certain time is needed for the ions and electrons to reach thermal equilibrium. Under the conditions prevailing in the present embodiment, this time is calculated to be approximately 1 millisecond. For this reason, the circuit that energizes the discharge is designed to deliver a current pulse with a duration of at least 1 millisecond.

Den strøm som motstanden 162 tillater å strømme gjennom viklingene 6 i løpet av de 500 millisek frir anistt.ennine- h<p>virk<p>r forvarming av gassen i torusen og øker dens joniseringsgrad før hovedpulsen til-føres. The current which the resistance 162 allows to flow through the windings 6 during the 500 milliseconds frees the anistt.ennine-h<p>virk<p>r preheating of the gas in the torus and increases its degree of ionization before the main pulse is supplied.

Slutning av bryteren 15 foregår under styring av hovedtidsstyreenheten 104 slik at den gjentas med en største hastighet på en puls hvert tiende sek., idet bryteren holdes sluttet i omtrent 1 sek. inntil strøm-styrken er falt omtrent til null. Alternativt kan enkelt-utladninger utløses manuelt. Closing of the switch 15 takes place under the control of the main time control unit 104 so that it is repeated at a maximum rate of one pulse every ten seconds, the switch being kept closed for approximately 1 second. until the current has dropped to approximately zero. Alternatively, single discharges can be triggered manually.

Transformatorkjernene 4 er forspent ved hjelp av viklingene 66 til 17 000 gauss og pulsen frembringer en største forskjell i flukstetthet på 34 000 gauss. På denne måte holdes transformatorkjernens tverrsnitt minst mulig og er faktisk bare 2,4 m<2>. The transformer cores 4 are biased by means of the windings 66 to 17,000 gauss and the pulse produces a maximum difference in flux density of 34,000 gauss. In this way, the cross-section of the transformer core is kept as small as possible and is actually only 2.4 m<2>.

Apparatet kan drives med høye topp-energiforhold ved å minske det effektive antall vindinger i primærviklingen 6, dvs. ved å koble flere av vindingene i parallell. Virkningen er at egenfrekvensen for strøm-kretsen heves og at pulsvarigheten minskes. En trevindings primærvikling på hver kjerne gir en egenfrekvens på 900 P/s og en topp-primærstrøm på 90 kA. The device can be operated with high peak energy ratios by reducing the effective number of turns in the primary winding 6, i.e. by connecting several of the turns in parallel. The effect is that the natural frequency of the current circuit is raised and that the pulse duration is reduced. A three-turn primary winding on each core gives a natural frequency of 900 P/s and a peak primary current of 90 kA.

Apparat som er beskrevet er spesielt konstruert til å heve deuterium til en temperatur hvor følgende fisjonsreaksjon fin-ner sted. The apparatus described is specially designed to raise deuterium to a temperature where the following fission reaction takes place.

Tritium og helium-3 reagerer videre på følgende måte: ,HS -f 2He4 -f „ni + 17,6 MeV 2He:! -f ^ 2He<*> + + 18,3 MeV Tritium and helium-3 react further in the following way: ,HS -f 2He4 -f „ni + 17.6 MeV 2He:! -f ^ 2He<*> + + 18.3 MeV

Neutroner er blitt frembragt i den reaktor som er beskrevet overfor følgende betingelser. a) Deuteriumtrykk: 0,125 mikron Hg. b) Toppverdi av gassutladningsstrøm-styrke: 180 kA. c) Pålagt likestrøms aksialt stabiliserende felt: 160 gauss. d) Pulsvarighet. 3 millisek. (med gass-strømstyrke større enn 80 kA). e) Kondensatorspenning: 20 kV. f) Transformatoroversetningsforhold: 9:1. Neutrons have been produced in the reactor described under the following conditions. a) Deuterium pressure: 0.125 micron Hg. b) Peak value of gas discharge current strength: 180 kA. c) Imposed direct current axially stabilizing field: 160 gauss. d) Pulse duration. 3 milliseconds. (with gas amperage greater than 80 kA). e) Capacitor voltage: 20 kV. f) Transformer translation ratio: 9:1.

Produktene fra fusjonsreaksj onene er neutroner og energiserte joner. Neutronene forlater torusen T og stanses av den bio-logiske skjerm S mens jonene avgir sin kinetiske energi i form av varmeenergi til segmentene 11 som er foring for veggene i torusen T. Varmeenergien føres bort ved hjelp av vannkjøleanlegget 28, 151 og 152. The products from the fusion reactions are neutrons and energized ions. The neutrons leave the torus T and are stopped by the biological screen S, while the ions release their kinetic energy in the form of heat energy to the segments 11 which are linings for the walls of the torus T. The heat energy is carried away by means of the water cooling system 28, 151 and 152.

Et apparat som er i det vesentlige identisk med det som er beskrevet, men i større målestokk kan benyttes til å heve deuteriu-met til en temperatur på IO<8> °K. Ved denne temperatur overskrider den energi som ut-løses som følge av fusjonsreaksjoner den energi som kreves for å vedlikeholde ut-ladningsstrømmen, og den varme som utvikles i torusforingen kan fjernes ved hjelp av et passende kjølemiddel og benyttes til å utvikle vanndamp. I stedet for enkle rør-sløyfer 28 på hvert segment 11 kan det f. eks. anordnes flere av slike rør som dekker hele overflaten av hvert segment. Videre kan de tykke vegger i torusen T forsynes med kjølekappe og varme fjernes ved hjelp av et kjølemiddel. Den intense fluks av neutroner som også dannes kan benyttes for slike formål som dannelse av spaltbart fisjonerbart material.. An apparatus which is essentially identical to that described, but on a larger scale, can be used to raise the deuterium to a temperature of 10<8> °K. At this temperature, the energy released as a result of fusion reactions exceeds the energy required to maintain the discharge current, and the heat developed in the torus lining can be removed by means of a suitable coolant and used to develop water vapour. Instead of simple pipe loops 28 on each segment 11, it can, e.g. several such tubes are arranged which cover the entire surface of each segment. Furthermore, the thick walls in the torus T can be provided with a cooling jacket and heat removed with the help of a coolant. The intense flux of neutrons that is also formed can be used for such purposes as the formation of fissionable fissionable material.

Den elektriske energi-tilførsel som kreves for å oppnå disse betingelser i løpet av hver puls er omtrent 10 000 Megawatt, og fusjonsenergi utløses som varme på et nivå som er mange ganger høyere. The electrical energy input required to achieve these conditions during each pulse is approximately 10,000 Megawatts, and fusion energy is released as heat at a level many times higher.

Claims

1. Apparatus for producing controlled fusion reactions in gas discharges and comprising a toroidal vessel for containing the gas, the vessel having thick, electrically conductive walls with at least one electrically insulating joint across the continuous axis of the vessel, pulse transformer devices for creating a constricted high-current unidirectional pulsating ring discharge in the gas and a winding for setting up a magnetic field inside the vessel and parallel to the continuous axis thereof in order to reduce spatial instabilities in the discharge channel, characterized in that the vessel is equipped with a toroid-shaped metal lining to reduce degradation thing of the insulation.

2. Apparatus as stated in claim 1, characterized in that the toroidal liner comprises a plurality of overlapping cylindrical segments which are isolated from the vessel and from each other.

3. Apparatus as stated in claim 2, characterized in that it includes devices for cooling the segments.