RU142169U1 - Электромагнитная система токамака - Google Patents
Электромагнитная система токамака Download PDFInfo
- Publication number
- RU142169U1 RU142169U1 RU2014106804/07U RU2014106804U RU142169U1 RU 142169 U1 RU142169 U1 RU 142169U1 RU 2014106804/07 U RU2014106804/07 U RU 2014106804/07U RU 2014106804 U RU2014106804 U RU 2014106804U RU 142169 U1 RU142169 U1 RU 142169U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- winding
- turns
- tokamak
- coolant
- electromagnetic system
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
1. Электромагнитная система токамака, включающая витки обмотки тороидального поля, опирающиеся на центральный опорный элемент и наружный кольцевой бандаж, электрические соединения, систему охлаждения витков с каналами для прохода теплоносителя, отличающаяся тем, что витки обмотки тороидального поля выполнены из бериллия, система охлаждения выполнена в виде входного и выходного коллекторов, охватывающих снаружи витки обмотки и соединенных с каналами для прохода теплоносителя трубками, а в качестве охлаждающего теплоносителя используют теплоноситель при температуре ниже 100 К.2. Электромагнитная система токамака, отличающаяся тем, что в качестве охлаждающего теплоносителя используют жидкий азот или жидкий воздух.3. Электромагнитная система токамака, отличающаяся тем, что в качестве охлаждающего теплоносителя используют газообразные гелий или неон.4. Электромагнитная система токамака, отличающаяся тем, что каналы проходят через витки обмотки,5. Электромагнитная система токамака, отличающаяся тем, что в каждой обмотке выполнен один центральный канал,6. Электромагнитная система токамака, отличающаяся тем, что каналы расположены снаружи витков обмотки.
Description
Полезная модель относится к области управляемого термоядерного синтеза с магнитным удержанием плазмы и, в частности, к компактным и сферическим токамакам, у которых ограничен внутренний диаметр и недостаточно места для полноценной защиты центрального столба.
Известна конструкция [Патент США №3,301,937 «LIQUID NITROGEN COOLED BERYLLIUM SUPERCONDUCTOR»] электротехнического оборудования - статора электродвигателя и обмотки трансформатора, изготовленных из бериллия, в котором используется охлаждение отдельных узлов жидким азотом. При этом масса и объем электрического оборудования может значительно быть уменьшены и их эффективность увеличена в случае поддержания проводников при низкой температуры. Это происходит из-за уменьшения электросопротивления при низких температурах.
Известно техническое решение - сверхпроводящий магнитный накопитель энергии [Патент США №5,160,911 «Toroidal constant-tension superconducting energy storage units»], в котором накопление энергии обеспечивается в тороидальной магнитной катушке таким образом, что индуцированное магнитное поле, возникает только внутри тора, создаваемого обмотками. Снаружи величина магнитного поля имеет очень низкое значение. Сверхпроводящий магнит представляет собой обмотку, включающую в себя охлаждающий канал, в котором течет теплоноситель - (возможны различные варианты) при криогенной температуре.
Известно также техническое решение - электромагнитная система токамака с одним разрывом для подключения системы электропитания [Патент на полезную модель №125427 от 27.02.2013], включающая витки обмотки тороидального поля, опирающиеся на центральный опорный элемент и наружный кольцевой бандаж, электрические соединения, при этом электрические соединения выполнены сваркой, причем сварка отдельных витков в единую конструкцию и подключение к имеющимся в них каналам охлаждающего теплоносителя осуществлены в произвольной внешней области каждого витка, часть витков в области опорного элемента выполнены скрученными на угол, соответствующий периоду электромагнитной системы 2 p/N, где N - количество витков от 4 до 40, витки электрически изолированы друг от друга диэлектрическими или плохо проводящими элементами. Данное решение может рассматриваться в качестве прототипа к заявленному Недостатком данной системы является значительный уровень поглощения нейтронов в медных обмотках, а также существенное потребление электроэнергии.
Техническим результатом является уменьшение паразитного поглощения нейтронов, увеличение размножения нейтронов, и, таким образом, увеличение общего количества нейтронов в системе, а также снижение электрической мощности, необходимой для работы магнитной системы.
Для достижения указанного результата предложена электромагнитная система токамака, включающая витки обмотки тороидального поля, опирающиеся на центральный опорный элемент и наружный кольцевой бандаж, электрические соединения, систему охлаждения витков с каналами для прохода теплоносителя, при этом витки обмотки тороидального поля выполнены из бериллия, система охлаждения выполнена в виде входного и выходного коллекторов, охватывающих снаружи витки обмотки и соединенных с каналами для прохода теплоносителя трубками, а в качестве охлаждающего теплоносителя используют теплоноситель при температуре ниже 100 К. Кроме того:
- в качестве охлаждающего теплоносителя используют жидкий азот или жидкий воздух,
- в качестве охлаждающего теплоносителя используют газообразные гелий или неон.
Кроме того, каналы проходят через витки обмотки,
Кроме того, в каждой обмотке выполнен один центральный канал,
Кроме того, каналы расположены снаружи витков обмотки.
Общий вид электромагнитной системы показан на фигуре 1.
Позициями обозначены:
1 - виток обмотки тороидального магнитного поля из бериллия, 2 - верхняя опорная плита, 3 - нижняя опорная плита, 4 - распорка, 5 - центральный столб, 6 - опорный элемент.
На фигуре 2 дана зависимость электрического сопротивления от температуры для алюминия, бериллия и меди
Из фигуры 2 видно, что электропроводность бериллия при температуре жидкого азота ~80 К ниже, чем у меди и алюминия при данной температуре и значительно ниже, чем у этих же материалов при комнатной температуре
На фигурах 3 и 4 показаны схемы охлаждения витков обмотки 1 для варианта расположения каналов (двух) внутри каждой обмотки. На этих фигурах следующие обозначения: позиция 7 - входной коллектор; 8 - выходной коллектор; 9 - трубка подвода теплоносителя от коллектора к каналу обмотки; 10 - поток теплоносителя. Витки обмотки тороидального поля электромагнитной системы токамака 1 изготавливаются из бериллия. Обмотки размещаются между нижней 3 и верхней 2 опорами, которые вместе с распорками 4 образуют силовую конструкцию. Изготовление отдельных витков происходит путем литья или при помощи порошковой технологии. Подключение к ним системы охлаждающего теплоносителя осуществляется в произвольной внешней области каждого витка с помощью входного 7 и выходного 8 коллекторов, охватывающих все витки обмотки. К каждому каналу охлаждения поток теплоносителя 5 направляется по отдельной трубке 9. Каналы могут быть выполнены внутри обмоток, их может быть несколько, или один центральный. Каналы могут располагаться и снаружи обмотки.
В качестве теплоносителя могут быть использованы жидкий воздух (температура кипения при атмосферном давлении 79 К), жидкий азот (77 К), а также газообразные гелий, неон и др. Применение жидких теплоносителей предпочтительней, так как у них лучше теплофизические свойства.
Бериллий является уникальным материалом т.к. из всех металлов имеет наименьшее сечение поглощения тепловых нейтронов (в 267 раз меньше, чем железо и в 400 раз меньше, чем медь). Это качество вместе с большим сечением рассеяния и высокой температурой плавления делает его перспективным конструкционным материалом. Бериллий используется в ядерной технике как замечательный замедлитель и отражатель. Высокое значение отношения прочности к плотности в сочетании с хорошей коррозионной стойкостью значительно улучают перспективы его использования в качестве конструкционного материала.
Применение жидкого воздуха привлекательно по экономическим соображениям, так как его наличие ничем не ограничено.
Применение азота (в том числе и жидкого) как охладителя в высоковольтном электротехническом оборудовании может оказаться выгодным, поскольку азот:
1) Повсеместно доступен (объемное содержание в воздухе ~78%) и может без особых затруднений производиться на месте;
2) Относительно дешев (жидкий азот почти в 3 раза дешевле минерального масла и в 100 раз дешевле жидкого гелия);
3) Не загрязняет окружающую среду;
4) Химически слабо активен;
5) Является хорошим электроизолятором (т.е. может одновременно выполнять функции охладителя и электроизоляции).
Таким образом, преимуществами данного устройства будут следующие.
- Уменьшение электрического сопротивления более чем в 20 раз по сравнению с медными ОТП, охлаждаемыми водой.
- Увеличение теплопроводности материала катушки более 4 раз.
- Значительное улучшение нейтронно-физических характеристик.
Claims (6)
1. Электромагнитная система токамака, включающая витки обмотки тороидального поля, опирающиеся на центральный опорный элемент и наружный кольцевой бандаж, электрические соединения, систему охлаждения витков с каналами для прохода теплоносителя, отличающаяся тем, что витки обмотки тороидального поля выполнены из бериллия, система охлаждения выполнена в виде входного и выходного коллекторов, охватывающих снаружи витки обмотки и соединенных с каналами для прохода теплоносителя трубками, а в качестве охлаждающего теплоносителя используют теплоноситель при температуре ниже 100 К.
2. Электромагнитная система токамака, отличающаяся тем, что в качестве охлаждающего теплоносителя используют жидкий азот или жидкий воздух.
3. Электромагнитная система токамака, отличающаяся тем, что в качестве охлаждающего теплоносителя используют газообразные гелий или неон.
4. Электромагнитная система токамака, отличающаяся тем, что каналы проходят через витки обмотки,
5. Электромагнитная система токамака, отличающаяся тем, что в каждой обмотке выполнен один центральный канал,
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014106804/07U RU142169U1 (ru) | 2014-02-24 | 2014-02-24 | Электромагнитная система токамака |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014106804/07U RU142169U1 (ru) | 2014-02-24 | 2014-02-24 | Электромагнитная система токамака |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU142169U1 true RU142169U1 (ru) | 2014-06-20 |
Family
ID=51219102
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014106804/07U RU142169U1 (ru) | 2014-02-24 | 2014-02-24 | Электромагнитная система токамака |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU142169U1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2643797C2 (ru) * | 2013-09-13 | 2018-02-06 | Токемек Энерджи Лтд | Обмотка тороидального поля для использования в термоядерном реакторе |
-
2014
- 2014-02-24 RU RU2014106804/07U patent/RU142169U1/ru active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2643797C2 (ru) * | 2013-09-13 | 2018-02-06 | Токемек Энерджи Лтд | Обмотка тороидального поля для использования в термоядерном реакторе |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8570127B2 (en) | High magnetic field superconducting magnet system with large crossing warm bore | |
Claudet et al. | Tore Supra and He II cooling of large high field magnets | |
RU2007120526A (ru) | Сверхпроводящий кабель | |
CN103532345B (zh) | 一种超低损耗的超导电机 | |
CN102903473A (zh) | 超导磁体系统 | |
CN110600188A (zh) | 用于强磁场和聚变堆托卡马克超导磁体的高温超导电缆 | |
US6411666B1 (en) | Method and apparatus to produce and maintain a thick, flowing, liquid lithium first wall for toroidal magnetic confinement DT fusion reactors | |
CN207704979U (zh) | 一种串频电源整流电抗器绕组在线冷却装置 | |
GB2529412A (en) | Hybrid magnet for use in fusion reactors | |
CN103336212B (zh) | 一种低温超导股线性能测试系统 | |
RU142169U1 (ru) | Электромагнитная система токамака | |
CN101964214B (zh) | 用于反应堆冷中子源的单相慢化剂自然循环装置 | |
Zhou et al. | Design and development of 16-kA HTS current lead for HMFL 45-T magnet | |
CN116072372B (zh) | 基于高温超导的聚变堆超导磁体系统 | |
Zhu et al. | Conceptual design of the cryostat for a direct-drive superconducting wind generator | |
CN101477854B (zh) | 高温超导复合导体 | |
Sorbom et al. | The engineering design of ARC: A compact, highfield, fusion nuclear science facility and demonstration power plant | |
CN203984760U (zh) | 一种高产额中子发生器高电位端散热装置 | |
Glowacki et al. | Assessment of liquid hydrogen cooled MgB2 conductors for magnetically confined fusion | |
Brechna et al. | 150 kOe Liquid Nitrogen Cooled Pulsed Flux‐Concentrator Magnet | |
Kim et al. | Design of conduction cooling system for a high current HTS DC reactor | |
Boudara et al. | Heat transfer in a torus electromagnetic coupler subjected to cooling | |
CN112002439A (zh) | 磁约束环状回流管和直的聚变管 | |
CN1080087A (zh) | 超导磁体用同轴可拔气冷电流引线 | |
CN104078188A (zh) | 超导磁体系统 |