RU201966U1 - Вакуумная камера термоядерного реактора с охлаждением наружной оболочки - Google Patents

Вакуумная камера термоядерного реактора с охлаждением наружной оболочки Download PDF

Info

Publication number
RU201966U1
RU201966U1 RU2020132184U RU2020132184U RU201966U1 RU 201966 U1 RU201966 U1 RU 201966U1 RU 2020132184 U RU2020132184 U RU 2020132184U RU 2020132184 U RU2020132184 U RU 2020132184U RU 201966 U1 RU201966 U1 RU 201966U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vacuum chamber
cooling system
outer casing
outer shell
temperature
Prior art date
Application number
RU2020132184U
Other languages
English (en)
Inventor
Борис Васильевич Кутеев
Александр Юрьевич Пашков
Юрий Сергеевич Шпанский
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority to RU2020132184U priority Critical patent/RU201966U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU201966U1 publication Critical patent/RU201966U1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21B—FUSION REACTORS
    • G21B1/00—Thermonuclear fusion reactors
    • 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

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к конструкции вакуумной камеры, которая является элементом термоядерного реактора или демонстрационного термоядерного источника нейтронов (ДЕМО-ТИН). Для достижения результата предложена вакуумная камера термоядерного реактора, состоящая из корпуса, образованного внутренней оболочкой и наружной оболочкой, внутрикорпусного объема с металлоконструкциями, образующими железоводную защиту и прокачиваемым через нее теплоносителем системы охлаждения, при этом система охлаждения содержит 2 контур, образованный установленным на наружную оболочку вакуумной камеры кожухом, так что между ним и наружной оболочкой была возможность циркуляции теплоносителя второй системы охлаждения. Техническим результатом является поддержание температуры наружной оболочки и наружного кожуха вакуумной камеры и установленной на наружном кожухе системы экранов, на более низком уровне, чем температура теплоносителя, охлаждающего внутрикорпусной объем вакуумной камеры, и соответствующее снижение плотности теплового потока с наружного кожуха на криогенную тепловую защиту сверхпроводниковых катушек тороидального поля, что обеспечивает повышение надежности всей установки. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 7 табл.

Description

Область техники.
Полезная модель относится к термоядерной технике, а именно к конструкции вакуумной камеры, которая является элементом термоядерного реактора или демонстрационного термоядерного источника нейтронов (ДЕМО-ТИН).
Уровень техники.
Вакуумная камера - одна из основных систем термоядерных установок типа токамак, в частности установки ДЕМО-ТИН.
Известна конструкция вакуумной камеры, предложенная в (Э.А. Азизов и др. Токамак ДЕМО-ТИН: концепция электромагнитной системы и вакуумной камеры. - ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, т. 38, вып. 2, 2015, с. 5).
Вакуумная камера состоит из трех элементов - корпуса; внутрикорпусного объема с металлоконструкциями и водой; внутреннего объема.
Корпус вакуумной камеры - стальная тороидальная конструкция с патрубками D-образного вертикального сечения из двух коаксиальных оболочек - внутренней, одной поверхностью обращенной к плазме, а другой к металлоконструкциям внутреннего объема; и наружной, граничащей с вакуумным объемом криостата.
Оболочки связаны между собой системой тороидальных и полоидальных ребер жесткости. Свободный внутрикорпусной объем между ребрами и оболочками частично заполнен металлическими пластинами. Остальной внутрикорпусной объем между оболочками заполнен циркулирующим теплоносителем (водой). В совокупности внутрикорпусные металлоконструкции и вода образуют железоводную радиационную защиту.
Условно вакуумную камеру можно считать состоящей из двух частей - центральной, цилиндрической формы, расположенной в области центрального соленоида, и внешней, обращенной к корпусу криостата.
Один из последних вариантов конструкции вакуумной камеры и функции ее элементов описаны в (А.Ю. Пашков и др. "Оценка тепло-гидравлических параметров системы охлаждения вакуумной камеры установки ДЕМО-ТИН". - ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, т. 42, вып. 3, 2019, с. 25). Там же рассмотрены несколько возможных способов охлаждения внутрикорпусного объема.
Вода, циркулирующая между оболочками вакуумной камеры, выполняет две функции: во-первых, служит теплоносителем - отводит тепло, выделяющееся в результате взаимодействия с нейтронами и гамма-квантами как в ней самой, так и в корпусе вакуумной камеры и металлоконструкциях железоводной защиты; во-вторых, - является элементом радиационной защиты. Вода повышенной температуры в корпусе ВК используется также для его прогрева при определенных режимах работы.
Вакуумная камера выполняет следующие основные функции:
- служит основой для крепления компонентов, обращенных к плазме, диагностических и обеспечивающих систем;
- обеспечивает поддержание вакуума в разрядной камере токамака;
- создает барьер безопасности при аварийных ситуациях;
- снижает потоки нейтронов и гамма-квантов на сверхпроводниковые магнитные катушки и обеспечивает радиационные санитарные нормы в здании токамака.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является вакуумная камера термоядерного реактора патент на изобретение RU 2695632, состоящая из корпуса, образованного внутренней и внешней оболочками, внутрикорпусного объема с металлоконструкциями и циркулирующим теплоносителем, системы циркуляции, состоящей из трубопроводов подвода и отвода теплоносителя, теплообменника и насоса, при этом в качестве теплоносителя используют раствор литийсодержащего материала, или раствор минорных актинидов, или раствор сырьевого материала, система циркуляции содержит отвод с патрубками байпасного отбора части раствора и подачи раствора в систему циркуляции, установленный перед теплообменником на трубопроводе отвода раствора.
Недостатком конструкции является то, что охлаждение как внутренней, так и наружной оболочки производится потоком воды, текущим во внутрикорпусном объеме и, таким образом, каждая оболочка охлаждается только с одной стороны. Вода во внутрикорпусном объеме имеет температуру на входе 70°С, а на выходе 100°С, и температура оболочек будет не меньше. Наружная оболочка внешней поверхностью обращена к криогенной тепловой защите, защищающей сверхпроводниковые катушки тороидального поля от теплового потока с вакуумной камеры.
Криогенная тепловая защита представляет собой охлаждаемую металлоконструкцию с температурой 80-100 К и описана в (А.Ю. Пашков и др. "Конструкция, расчет и оценка надежности тепловой защиты сверхпроводниковых магнитов ДЕМО-ТИН". - ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, т. 39, вып. 3, 2016, с. 12).
Раскрытие сущности полезной модели.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является совершенствование конструкции вакуумной камеры и всей установки ДЕМО-ТИН, повышение ее надежности и безопасности.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является снижение температуры наружной оболочки вакуумной камеры и соответствующее уменьшение плотности теплового потока с наружной оболочки на криогенную тепловую защиту.
Для достижения технического результата предложена вакуумная камера термоядерного реактора, состоящая из корпуса, образованного внутренней оболочкой и наружной оболочкой, внутрикорпусного объема с металлоконструкциями, образующими железоводную защиту и прокачиваемым через нее теплоносителем системы охлаждения, при этом система охлаждения содержит 2 контур, образованный установленным на наружную оболочку вакуумной камеры кожухом, так что между ним и наружной оболочкой была возможность циркуляции теплоносителя второй системы охлаждения.
В предпочтительном варианте на наружном кожухе параллельно ему установлена система экранов.
Предлагаемая конструкция вакуумной камеры позволяет снизить температуру наружной оболочки, уменьшить тепловой поток на криогенную тепловую защиту и упростить ее конструкцию, а также повысить надежность всей установки.
Таким образом, совокупность существенных признаков заявляемого технического решения обеспечивает поддержание температуры поверхности наружного кожуха, обращенной к криогенной тепловой защите, на более низком уровне, что обеспечивает снижение плотности теплового потока, падающего на криогенную тепловую защиту с наружного кожуха.
Краткое описание чертежей.
На Фиг. 1 представлен вертикальный разрез токамака установки ДЕМО-ТИН, где позициями обозначены:
1 - корпус криостата;
2 - криогенная тепловая защита (выделена красным цветом);
3 - вакуумная камера (зеленым цветом выделена центральная цилиндрическая часть, а синим - внешняя);
4 - катушка тороидального поля;
5 - плазма;
На Фиг. 2 представлен вертикальный разрез вакуумной камеры, где позициями обозначены:
2 - криогенная тепловая защита;
5 - плазма;
6 - внутренняя оболочка;
7 - наружная оболочка;
8 - металлоконструкции железоводной защиты;
9 - трубопровод подачи охлаждающей воды первой системы охлаждения;
10 - трубопровод отвода охлаждающей воды первой системы охлаждения;
11 - охлаждающая вода первой системы охлаждения (стрелками показано направление течения);
12 - наружный кожух;
13 - трубопровод подачи охлаждающей воды второй системы охлаждения;
14 - трубопровод отвода охлаждающей воды второй системы охлаждения;
15 - охлаждающая вода второй системы охлаждения (стрелками показано направление течения).
На Фиг. 3 представлена схема взаимного расположения вакуумной камеры, криогенной тепловой защиты и катушки тороидального поля в цилиндрической части вакуумной камеры без системы экранов, где позициями обозначены:
2 - криогенная тепловая защита (выделена красным цветом);
4 - катушка тороидального поля;
5 - плазма;
6 - внутренняя оболочка;
7 - наружная оболочка;
8 - металлоконструкции железоводной защиты;
11 - охлаждающая вода первой системы охлаждения (стрелками показано направление течения);
12 - наружный кожух;
15 - охлаждающая вода второй системы охлаждения (стрелками показано направление течения).
На Фиг. 4 представлена схема установки экранов между наружным кожухом и криогенной тепловой защитой, где:
2 - криогенная тепловая защита;
4 - катушка тороидального поля;
7 - наружная оболочка;
12 - наружный кожух;
15 - охлаждающая вода второй системы охлаждения (стрелками показано направление течения);
16 - первый экран;
17 - второй экран;
18 - третий экран;
19 - четвертый экран;
20 - крепления экранов.
Осуществление полезной модели.
Сущность полезной модели поясняется Фиг. 1-4, где показано взаимное расположение основных элементов токамака и вакуумной камеры.
Вакуумная камера 3, расположенная внутри корпуса криостата 1, состоит из внутренней оболочки 6 и наружной оболочки 7, между которыми находится внутрикорпусной объем, где расположены металлоконструкции железоводной защиты 8 и теплоноситель первой системы охлаждения 11, который подается во внутрикорпусной объем через трубопровод подачи теплоносителя первой системы охлаждения 9 и отводится из него через трубопровод отвода теплоносителя первой системы охлаждения 10. Внутренняя оболочка 6 ограничивает внутренний объем, где находится плазма 5. Криогенная тепловая защита 2 представляет собой оболочку, коаксиальную с наружной оболочкой 7 и наружным кожухом 12, она находится между наружным кожухом 12 и катушкой тороидального поля 4. Между наружной оболочкой 7 и наружным кожухом 12 находится теплоноситель второй системы охлаждения 15, который подается трубопроводом подачи теплоносителя второй системы охлаждения 13 и отводится трубопроводом отвода теплоносителя второй системы охлаждения 14. Теплозащитные экраны 16, 17, 18, 19 с помощью креплений 20 жестко установлены на наружном кожухе 12 параллельно ему. На поверхности наружного кожуха, обращенной к криогенной тепловой защите сверхпроводниковых катушек тороидального поля, установлена на креплениях система экранов, снижающая плотность теплового потока с наружного кожуха на криогенную тепловую защиту сверхпроводниковых катушек тороидального поля.
Температура теплоносителя второго контура охлаждения меньше, чем первого контура, что обеспечивает более низкую температуру наружного кожуха и уменьшает плотность теплового потока с него на криогенную тепловую защиту.
Пример конкретного выполнения, который не ограничивает варианты его исполнения.
Для упрощения конструкции теплоноситель (вода) в первой системе охлаждения имеет невысокие параметры (температура на входе Твх1 ~ 70°С и давление Рвх1 ~3 МПа, а на выходе Твых1 ~ 100°С). Во второй системе охлаждения температура воды на входе Твх2 ~ 20°С и давление на входе Рвх2 менее 1 МПа. Далее рассматриваем центральную часть вакуумной камеры, имеющую простую цилиндрическую форму. Вода второй системы охлаждения течет в пространстве между двумя цилиндрами - наружной оболочкой и наружным кожухом в канале, имеющем кольцевое поперечное сечение (кольцевом канале).
Оценка температурного режима кольцевого канала.
Исходные данные для оценок брались в (А.Ю. Пашков и др. "Оценка тепло-гидравлических параметров системы охлаждения вакуумной камеры установки ДЕМО-ТИН". - ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, т. 42, вып. 3, 2019, с. 25).
Схема охлаждения кольцевого канала представлена на Фиг. 3.
При незначительной плотности тепловыделения в материалах рассматриваемой части вакуумной камеры можно принять, что температура воды, омывающей поверхности, равна температуре этих поверхностей. Считаем, что температура воды первой системы охлаждения, омывающей внутреннюю оболочку со стороны железоводной защиты, равна Tвx1 ~ 70°С (конструкция вакуумной камеры позволяет обеспечить это). Температура воды второй системы охлаждения, омывающей внутреннюю оболочку со стороны кольцевого канала, близка к Твх2 ~ 20°С.
В качестве материала вакуумной камеры предполагается использовать сталь, близкую по характеристикам к стали марки 316LN-IG, использованной в проекте ИТЭР. Максимально допустимая температура стали не более
450°С; а коэфф. теплопроводности λст ~ 15 Вт/(м⋅°С) в интервале температур 20-100°С.
Исходные данные для расчета приведены в таблице 1.
Figure 00000001
Рассмотрение процессов теплообмена производилось по методике (В.П. Исаченко и др. Теплопередача. М., Энергия, 1975).
α2 - коэфф. теплоотдачи от наружной оболочки к воде второй системы охлаждения в кольцевом канале; при средней скорости воды в нем w=0,5 м/с получаем значение α2~ 1400 Вт/м2.°С.
α1 - коэфф. теплоотдачи от воды первой системы охлаждения во внутрикорпусном объеме к наружной оболочке принимаем близким к α2. С целью определения влияния значений α1 и α2 на теплопередачу от воды первой системы охлаждения к воде второй системы охлаждения через цилиндрическую стенку - наружную оболочку - далее рассматриваем различные значения α1 и α2. Т.к. отношение наружного R1 и внутреннего R2 радиусов наружной оболочки близко к 1, то можно использовать уравнение теплопередачи через плоскую стенку.
Коэфф. теплопередачи в этом случае
Figure 00000002
Тепловая мощность, передаваемая через наружную оболочку
Figure 00000003
Полная тепловая мощность кольцевого канала
Figure 00000004
Подогрев воды второй системы охлаждения в кольцевом канале
Figure 00000005
Св - теплоемкость воды, Дж/кг⋅°С.
Температура воды второй системы охлаждения на выходе из кольцевого канала и равная ей температура наружного кожуха
Figure 00000006
В Таблице 2 представлена оценка температурного режима кольцевого канала.
Figure 00000007
Выполненные оценки показывают, что при всех допустимых сочетаниях α1 и α2 тепловая мощность, передаваемая через цилиндрическую стенку наружной оболочки такова, что подогрев воды в кольцевом канале не превышает 2°С. Соответственно, температура воды во второй системе охлаждения на выходе из кольцевого канала и равная ей температура наружного кожуха по (5) будет не более 22°С. Определяющим для полной тепловой мощности кольцевого канала является мощность, передаваемая через наружную оболочку. Мощность тепловыделения в материалах кольцевого канала играет незначительную роль. Для снижения QHO можно увеличить ее термическое сопротивление. Для этого на поверхности наружной оболочки (любой из двух) устанавливается слой теплоизоляции. Далее рассматриваем вариант, когда его толщина Δиз=0,005 м, а коэфф. теплопроводности λиз ~ 0,2 Вт/(м⋅°С). Подобное значение λиз имеет котельная накипь, богатая силикатом.
В формулу (1) вставляется слагаемое Δиз/λиз.
Установка изоляции в кольцевом канале приведет с сужению его проходного сечения и росту скорости воды в нем, поэтому рассматриваем более высокие значения α1 и α2.
Результаты расчетов при различных исходных параметрах приведены в табл. 3. (Оценка температурного режима кольцевого канала при установке теплоизоляции)
Figure 00000008
Выполненные оценки показывают, что при всех допустимых сочетаниях α1 и α2 тепловая мощность, передаваемая через цилиндрическую стенку наружной оболочки со слоем теплоизоляции, такова, что подогрев воды в кольцевом канале не превышает 0,3°С. Соответственно, температура воды второй системы охлаждения на выходе из кольцевого канала по (5) будет не более 20,3°С.
Оценка теплового режима криогенной тепловой защиты при теплообмене излучением с наружным кожухом.
Система экранов отсутствует.
Теплообмен излучением между вакуумной камерой и криогенной тепловой защитой происходит в вакууме, который будет поддерживаться в корпусе криостата. При отсутствии экранов плотность теплового потока, падающего на криогенную тепловую защиту от вакуумной камеры (ее наружного кожуха), определяется по формуле:
Figure 00000009
с0 - коэффициент излучения абсолютно черного тела 5,67 Вт/(м2⋅К4);
TКТЗ - температура поверхности криогенной тепловой защиты, на которую падает излучение, К;
εеf0 - приведенная степень черноты при излучении с наружного кожуха на криогенную тепловую защиту, которая определяется по
Figure 00000010
εНК - степень черноты излучающей поверхности наружного кожуха;
εКТЗ - степень черноты поверхности криогенной тепловой защиты, на которую падает излучение.
Далее считаем, что εНК=εКТЗ. Рассмотрим три возможных значения εНК=εКТЗ - 0,05; 0,1 и 0,2. Этим значениям соответствуют три значения εef0 - 0,0256, 0,0526 и 0,111.
Рассмотрим два варианта теплообмена между поверхностью вакуумной камеры и криогенной тепловой зашиты.
Вариант 1. Вакуумная камера не имеет наружного кожуха, температура ее наружной оболочки ТНО=Твх1=70°С=343 К. Это значение подставляется в (6) вместо ТНК. Температура криогенной тепловой защиты ТКТЗ=80 К. Значения qКТЗ при различных значениях εеf0 приведены в табл. 4.
Вариант 2. Вакуумная камера имеет наружный кожух, его температура ТНК=Твых2 ~ 21°С=294 К. Значения qКТЗ при различных значениях εеf0 приведены в табл. 4.
(Оценка плотности теплового потока на криогенную тепловую защиту без системы экранов).
Figure 00000011
Плотность теплового потока с криогенной тепловой защиты на катушку тороидального поля qКТП рассчитывается так же по (6). Предполагаем, что ТКТЗ находится в диапазоне 80-100 К, а приведенная степень черноты системы криогенная тепловая защита и катушка тороидального поля такая же, как и в табл. 4. Значения qКТП при различных значениях εеf0 приведены в табл. 5 (Оценка плотности теплового потока на катушку тороидального поля с криогенной тепловой защиты).
Figure 00000012
Система экранов установлена.
Плотность теплового потока qКТЗ можно существенно снизить, используя систему экранов. Далее рассматриваем систему из четырех экранов, еще больше снижающая плотность теплового потока на криогенную тепловую защиту. Они устанавливаются перпендикулярно к направлению потока излучения на креплениях в пространстве между наружным кожухом и криогенной тепловой защитой и имеют форму вложенных цилиндров. Крепления установлены на наружном кожухе и имеют низкую теплопроводность. В качестве материала экранов обычно используются тонкие листы материала с высокой теплопроводностью (в нашем случае алюминия толщиной Δ ~ 0,001 м). Температуры экранов обозначим: первого (ближайшего к наружному кожуху) - Т1, второго - Т2, третьего - Т3 и четвертого - Т4.
Запишем уравнения теплового баланса для каждого экрана. На каждом экране рассматриваем участок площадью S. Для первого экрана с температурой Т1 мощность падающего на него с наружного кожуха теплового потока
Figure 00000013
εef01 - приведенная степень черноты при излучении с наружного кожуха на первый экран.
Мощность внутреннего тепловыделения в первом экране
Figure 00000014
Далее принимаем для каждого экрана qэк=qст=q.
Мощность, передаваемая на первый экран с наружного кожуха через крепления, пропорциональна мощности падающего на него с наружного кожуха теплового потока
Figure 00000015
r - коэфф. пропорциональности.
Подобное соотношение Qкреп1 и Qпад1 соответствует опытным данным, полученным при эксплуатации экранно-вакуумной изоляции, при этом
r~0,1-0,3.
Для второго экрана с температурой Т2, на который падает тепловой поток с первого экрана,
Figure 00000016
εеf12 - приведенная степень черноты при излучении с первого экрана на второй.
Мощность, передаваемая на второй экран с первого через крепления
Figure 00000017
Из закона сохранения энергии получаем для первого экрана
(8)+(9)+(10)-(11)+(12)
Получаем (1+r)Sс0εеf01((TНК100)4-(T1/100)4)+qSΔ,=
Figure 00000018
Введем обозначения
К=(ТНК/100)4; х=(Т1/100)4; у=(Т2/100)4; z=(Т3/100)4; u=(Т4/100)4;
m=(ТКТЗ/100)4.
При условии εеf01=εеf12=εef23=εef34=εef45=εef (εef45 - приведенная степень черноты при излучении с четвертого экрана на криогенную тепловую защиту; между четвертым экраном и криогенной тепловой защитой нет креплений, теплообмен производится только путем излучения) система уравнений, описывающая теплообмен в системе с четырьмя экранами, запишется в виде:
Figure 00000019
с0εef(1+f)(z-u)+qΔ=c0εef(u-m)
При заданных величинах K, с0, ε, r, q, Δ и m получаем систему из 4-х уравнений с 4-мя неизвестными. Аналитическое решение дает
Figure 00000020
Результаты расчетов температуры экранов при различных исходных параметрах представлены в таблице 6 (Оценка температуры экранов).
Figure 00000021
Оценки показывают, что изменение параметра r незначительно влияет на температуру экранов. Более существенное влияние на нее оказывает приведенная степень черноты εef. При εef=0,111 и r=0,1 температура четвертого экрана Т4=206 К. Дальнейшее увеличение εef приводит к незначительному уменьшению Т4. Увеличение параметров Δ и q приводит к росту Т4. Дальнейшего снижения Т4 можно добиться увеличением числа экранов, но вопрос о возможном количестве экранов можно будет решить после уточнения характеристик установки ДЕМО-ТИН, в частности необходимо определить допустимое расстояние между наружным кожухом и криогенной тепловой защитой.
Предполагая, что Т4=206-220 К, сделаем оценку плотности теплового потока на криогенную тепловую защиту при установке четырех экранов.
В Таблице 7 представлена оценка плотности теплового потока на криогенную тепловую защиту при установке системы из четырех экранов.
Figure 00000022
Таким образом, установка системы из четырех экранов позволяет значительно снизить плотность теплового потока на криогенную тепловую защиту. По сравнению с вакуумной камерой, в которой нет наружного кожуха и температура ее наружной оболочки составляет ТHO=70°С=343 К qКТЗ снижается ~ в 6-7 раз, а по сравнению с вакуумной камерой с наружным кожухом с температурой ТНК=21°С=294 К qКТЗ снижается ~ в 3,5-4 раза.
Таким образом, заявленная полезная модель решает следующую основную проблему: сохраняя все функции известной конструкции вакуумной камеры, получаем плотность теплового потока на криогенную тепловую защиту значительно меньше.
Предлагаемая конструкция вакуумной камеры обладает следующими преимуществами:
1. Установка только наружного кожуха вместе со второй системой охлаждения позволяет вдвое снизить плотность теплового потока на криогенную тепловую защиту - qКТЗ.
2. Установка наружного кожуха вместе с системой из четырех экранов позволяет снизить qКТЗ в 6-7 раз.
3. В случае, если параметры установки позволят установить более четырех экранов, возможно довести qКТЗ до значения qдоп=1 Вт/м2, что позволит отказаться от криогенной тепловой защиты и упростить конструкцию ДЕМО-ТИН.
4. Наружный кожух будет дополнительным барьером безопасности.

Claims (2)

1. Вакуумная камера термоядерного реактора с системой охлаждения, состоящая из корпуса, образованного внутренней оболочкой и наружной оболочкой, внутрикорпусного объема с металлоконструкциями, образующими железоводную защиту и прокачиваемым через нее теплоносителем системы охлаждения, отличающаяся тем, что система охлаждения содержит 2 контур, образованный установленным на наружную оболочку вакуумной камеры кожухом, так чтобы между ним и наружной оболочкой была возможность циркуляции теплоносителя второй системы охлаждения.
2. Вакуумная камера по п. 1, отличающаяся тем, что на наружном кожухе параллельно ему установлена система экранов.
RU2020132184U 2020-09-30 2020-09-30 Вакуумная камера термоядерного реактора с охлаждением наружной оболочки RU201966U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020132184U RU201966U1 (ru) 2020-09-30 2020-09-30 Вакуумная камера термоядерного реактора с охлаждением наружной оболочки

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020132184U RU201966U1 (ru) 2020-09-30 2020-09-30 Вакуумная камера термоядерного реактора с охлаждением наружной оболочки

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU201966U1 true RU201966U1 (ru) 2021-01-25

Family

ID=74212608

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020132184U RU201966U1 (ru) 2020-09-30 2020-09-30 Вакуумная камера термоядерного реактора с охлаждением наружной оболочки

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU201966U1 (ru)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101496111A (zh) * 2006-05-30 2009-07-29 柯蒂斯·比恩巴赫 受控聚变反应方法及系统
KR100985621B1 (ko) * 2008-06-10 2010-10-05 한국원자력연구원 냉각장치 및 이를 포함하는 핵융합로
US20120014491A1 (en) * 2009-07-13 2012-01-19 Mike Deeth Nuclear fusion power plant having a liquid reactor core of molten glass that is made laseractive and functions as a tritium breeding blanket which is capable of acousticly compressing/confining fuel so that it radiates and triggers outgoing laser cascades that will reflect from the blast chamber's spherical inside wall and return like photonic Tsunamis, crushing, heating, and causing thermonuclear ignition of the fuel so that heat engines and piezoelectric harvesters can convert the released energy into electricity
RU2633373C1 (ru) * 2016-07-21 2017-10-12 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Бланкет термоядерного реактора
RU2649854C1 (ru) * 2017-09-15 2018-04-05 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Модуль бланкета гибридного термоядерного реактора
RU2695632C1 (ru) * 2018-12-07 2019-07-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Вакуумная камера термоядерного реактора
RU2726940C1 (ru) * 2020-01-31 2020-07-17 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Вакуумная камера термоядерного реактора

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101496111A (zh) * 2006-05-30 2009-07-29 柯蒂斯·比恩巴赫 受控聚变反应方法及系统
KR100985621B1 (ko) * 2008-06-10 2010-10-05 한국원자력연구원 냉각장치 및 이를 포함하는 핵융합로
US20120014491A1 (en) * 2009-07-13 2012-01-19 Mike Deeth Nuclear fusion power plant having a liquid reactor core of molten glass that is made laseractive and functions as a tritium breeding blanket which is capable of acousticly compressing/confining fuel so that it radiates and triggers outgoing laser cascades that will reflect from the blast chamber's spherical inside wall and return like photonic Tsunamis, crushing, heating, and causing thermonuclear ignition of the fuel so that heat engines and piezoelectric harvesters can convert the released energy into electricity
RU2633373C1 (ru) * 2016-07-21 2017-10-12 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Бланкет термоядерного реактора
RU2649854C1 (ru) * 2017-09-15 2018-04-05 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Модуль бланкета гибридного термоядерного реактора
RU2695632C1 (ru) * 2018-12-07 2019-07-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Вакуумная камера термоядерного реактора
RU2726940C1 (ru) * 2020-01-31 2020-07-17 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Вакуумная камера термоядерного реактора

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109074876B (zh) 改进的熔融燃料反应堆热管理构造
Asakura et al. Studies of power exhaust and divertor design for a 1.5 GW-level fusion power DEMO
Malang et al. Development of the lead lithium (DCLL) blanket concept
Tillack et al. High performance PbLi blanket
RU2695632C1 (ru) Вакуумная камера термоядерного реактора
Raffray et al. Engineering design and analysis of the ARIES-CS power plant
JP6724199B2 (ja) 受動的原子炉キャビティ冷却装置
Rapisarda et al. The European Dual Coolant Lithium Lead breeding blanket for DEMO: status and perspectives
RU201966U1 (ru) Вакуумная камера термоядерного реактора с охлаждением наружной оболочки
Malang et al. Self-cooled blanket concepts using Pb 7Li as liquid breeder and coolant
Kirillov et al. Liquid lithium self-cooled breeding blanket design for ITER
Wong et al. Assessment of first wall and blanket options with the use of liquid breeder
RU2726940C1 (ru) Вакуумная камера термоядерного реактора
Hu et al. Analysis on passive residual heat removal system with heat pipes for longterm decay heat removal of small lead-based reactor
US20230114117A1 (en) Molten salt fast reactor
RU205721U1 (ru) Вакуумная камера термоядерного реактора
Sahu et al. Development of the coil terminal boxes for the ITER magnet feeder systems
RU203943U1 (ru) Устройство распределения потока теплоносителя во внутрикорпусном объеме вакуумной камеры термоядерного реактора
Salavy et al. Thermal-hydraulics analyses and external circuits layout for the EU DEMO water cooled Pb-17Li blanket concept
Norajitra et al. Conceptual design of the EU dual-coolant blanket (model C)
Kim et al. Critical design issues of the tokamak cooling water system of ITER’s fusion reactor
Cui et al. Thermo-Hydraulic Analysis of the Optimized Helium Cooled Solid Breeder Blanket for CFETR
Marshall et al. In-vessel ITER tubing failure rates for selected materials and coolants
Müller-Menzel et al. CHF in the parameter range of advanced pressurized water reactor cores
Malinovic et al. Passive decay heat removal in liquid-metal cooled reactors