RU2229749C2 - Method for injecting fusionable fuel in vacuum chamber of thermonuclear reactor - Google Patents
Method for injecting fusionable fuel in vacuum chamber of thermonuclear reactor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2229749C2 RU2229749C2 RU2002120381/06A RU2002120381A RU2229749C2 RU 2229749 C2 RU2229749 C2 RU 2229749C2 RU 2002120381/06 A RU2002120381/06 A RU 2002120381/06A RU 2002120381 A RU2002120381 A RU 2002120381A RU 2229749 C2 RU2229749 C2 RU 2229749C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vacuum chamber
- fuel
- hole
- thermonuclear
- capsule
- 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
- Plasma Technology (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к управляемому термоядерному синтезу (УТС) и предназначено для использования в устройствах ввода топлива в плазму термоядерных установок.The invention relates to controlled thermonuclear fusion (TCB) and is intended for use in devices for introducing fuel into the plasma of thermonuclear installations.
Для длительного поддержания термоядерной реакции в установках ядерного синтеза и, в частности, установках токамак необходима дозаправка вакуумной камеры термоядерным топливом во время разряда. В качестве топлива используется один из тяжелых изотопов водорода или смесь из таких изотопов. Ввод топлива необходимо осуществлять с высокой скоростью (500-1500 м/с) и массой, достаточными для проникновения топлива в центральную область плазменного шнура, а также с частотой (5-50 Гц), обеспечивающей необходимое время непрерывной работы установки. Конкретные величины указанных параметров зависят от размеров установок. Топливо может подаваться в зону реакции в виде газовых струй, жидких струй, твердых таблеток, а также в виде нейтральных частиц и плазменных сгустков.For long-term maintenance of the thermonuclear reaction in nuclear fusion plants, and in particular, tokamak plants, it is necessary to refuel the vacuum chamber with thermonuclear fuel during discharge. The fuel used is one of the heavy hydrogen isotopes or a mixture of such isotopes. The fuel injection must be carried out with a high speed (500-1500 m / s) and a mass sufficient for fuel to penetrate into the central region of the plasma cord, as well as with a frequency (5-50 Hz), which provides the necessary time for continuous operation of the installation. The specific values of these parameters depend on the size of the plants. Fuel can be supplied to the reaction zone in the form of gas jets, liquid jets, solid tablets, as well as in the form of neutral particles and plasma clots.
Известен легкогазовый инжектор топливных макрочастиц для термоядерных установок, содержащий расположенные в вакуумном тракте ствол, втулку, охлаждаемую гелиевым теплообменником, систему подачи в ствол ускоряющего газа с импульсным клапаном, систему напуска топливного газа, в частности водорода, теплопроводящую пористую втулку, размещенную внутри охлаждаемой втулки, систему синхронизации, систему дифференциальной откачки и другие элементы (а.с. СССР № 1611139, G 21 B 1/00, заявл. 03.04.89, опубл. 27.05.97, Бюл. № 15). В этом инжекторе реализуется газовый способ инжекции, включающий три стадии: стадию охлаждения газообразного водорода до замерзания; стадию формирования макрочастицы путем подогрева водорода до 14 К и накопления его в пористой втулке с дальнейшим постоянным и интенсивным его охлаждением до полного промерзания жидкой макрочастицы; и стадию ускорения макрочастицы путем подачи в ствол ускоряющего макрочастицу газа. Топливный газ - водород подается при давлении 60 Торр через пористую втулку в ствол с расходом 2,7 мг/с, соответствующим расходу топлива при инжекции в токамак макрочастиц диаметром 2 мм, длиной 2 мм и частотой 5 Гц.Known light gas injector of fuel particles for thermonuclear installations, containing located in the vacuum path of the barrel, a sleeve cooled by a helium heat exchanger, a system for supplying an accelerating gas to the barrel with a pulse valve, a fuel gas inlet system, in particular hydrogen, a heat-conducting porous sleeve located inside the cooled sleeve, a synchronization system, a differential pumping system and other elements (AS USSR No. 1611139, G 21 B 1/00, decl. 03.04.89, publ. 27.05.97, Bull. No. 15). This injector implements a gas injection method comprising three stages: the stage of cooling gaseous hydrogen to freezing; the stage of formation of the particulate by heating hydrogen to 14 K and its accumulation in a porous sleeve with further constant and intensive cooling to complete freezing of the liquid particulate; and a step of accelerating the particulate by supplying gas accelerating the particulate to the barrel. Fuel gas - hydrogen is supplied at a pressure of 60 Torr through a porous bushing into the barrel with a flow rate of 2.7 mg / s, corresponding to the fuel consumption during injection into the tokamak of particulate matter with a diameter of 2 mm, a length of 2 mm and a frequency of 5 Hz.
Этот способ инжекции и инжектор такого типа нашел широкое применение в некоторых экспериментальных установках токамак, однако для крупных установок с диаметром плазменного шнура более 2 м он не обеспечивает необходимой скорости (до 1000 м/с) и частоты (до 50 Гц).This type of injection and injector of this type is widely used in some experimental tokamak installations, however, for large installations with a plasma cord diameter of more than 2 m, it does not provide the necessary speed (up to 1000 m / s) and frequency (up to 50 Hz).
На основе легкогазовой пушки разработан инжектор тритиевых макрочастиц ТПИ-1 для ввода топлива в термоядерные реакторы. В казенной части легкогазовой пушки в азотно-гелиевом заливном криостате при температуре 10-20 К формируются от 1 до 50 макрочастиц из твердого трития размером 4 мм. Под действием сжатого легкого газа частица ускоряется до 1-1,2 км/с в стволе. В состав инжектора входит также система подготовки и подачи трития и дейтерия, диагностическая камера, система вакуумирования, система сбора данных и управления (Г.А.Баранов, И.В.Виняр, П.Ю.Кобленц и др. Инжектор тритиевых макрочастиц ТПИ-1. - Тезисы докладов шестой Всероссийской конференции по инженерным проблемам термоядерных реакторов, Санкт-Петербург, 27-29 мая 1997. - М.: ЦНИИ управления, экономики и информации Минатома РФ, 1997, с.148). В предложенном для международного реактора ITER проекте инжектора, выполненном на основе этой разработки, планируется достичь скорости 1000 м/с и частоты 50 Гц при инжекции таблеток диаметром 3-7 мм.Based on the light gas gun, the TPI-1 tritium particulate injector was developed for introducing fuel into thermonuclear reactors. In the breech of a light-gas gun in a nitrogen-helium jellied cryostat at a temperature of 10-20 K, 1 to 50 particles of solid tritium 4 mm in size are formed. Under the action of compressed light gas, the particle accelerates to 1-1.2 km / s in the barrel. The injector also includes a system for the preparation and supply of tritium and deuterium, a diagnostic chamber, a vacuum system, a data acquisition and control system (G.A.Baranov, I.V. Vinyar, P.Yu. Koblents and others. Injector of tritium particles TPI- 1. - Abstracts of the sixth All-Russian Conference on Engineering Problems of Thermonuclear Reactors, St. Petersburg, May 27-29, 1997. - M .: Central Research Institute of Management, Economics and Information of the Ministry of Atomic Energy of the Russian Federation, 1997, p.148). In the injector project proposed for the ITER international reactor, based on this development, it is planned to achieve a speed of 1000 m / s and a frequency of 50 Hz for the injection of tablets with a diameter of 3-7 mm.
Известен двухступенчатый инжектор таблеток термоядерного топлива, содержащий вакуумную камеру со стволом, в начале которого установлена ячейка формирователя таблеток, соединенная с теплообменником, трубу второй ступени с клапаном для ввода газа, поршень, имеющий возможность перемещения внутри трубы второй ступени, клапан для заполнения резервуара первой ступени, диагностическую камеру; внутренняя полость ячейки формирователя таблеток выполнена в виде усеченного конуса, ось которого совпадает с осью ствола. (патент РФ № 2132577, G 21 B 1/00, заявл. 11.02.97, опубл. 27.06.99, Бюл. № 18). В этом инжекторе газообразное топливо (водород) охлаждается жидкогелиевым теплообменником в ячейке формирователя таблеток до температуры около 10 К, таблетка формируется внутри конического отверстия ячейки, где водород замерзает. Процесс инжекции начинается с поступления ускоряющего газа (водород, гелий) при давлении 6-10 МПа, который разгоняет поршень и сжимает топливный газ, находящийся перед ним, и водород, давление которого с начального 0,01-0,05 МПа возросло до 10 МПа, начинает экструдироваться через коническое отверстие ячейки в ствол и далее в плазму термоядерной установки. Подбирается режим работы клапанов инжектора, чтобы поршень не успел вытолкнуть весь газ в ствол, а затормозился давлением этого газа и отскочил в исходное состояние.Known two-stage injector of thermonuclear fuel tablets, containing a vacuum chamber with a barrel, at the beginning of which is installed a cell of the tablet former, connected to the heat exchanger, a pipe of the second stage with a valve for introducing gas, a piston that can be moved inside the pipe of the second stage, a valve to fill the tank of the first stage diagnostic camera; the inner cavity of the cell of the tablet former is made in the form of a truncated cone, the axis of which coincides with the axis of the barrel. (RF patent No. 2132577, G 21 B 1/00, application. 11.02.97, publ. 06/27/99, Bull. No. 18). In this injector, gaseous fuel (hydrogen) is cooled by a liquid-helium heat exchanger in the cell of the tablet former to a temperature of about 10 K, a tablet is formed inside the conical opening of the cell where hydrogen freezes. The injection process begins with the arrival of an accelerating gas (hydrogen, helium) at a pressure of 6-10 MPa, which accelerates the piston and compresses the fuel gas in front of it, and hydrogen, whose pressure from the initial 0.01-0.05 MPa has increased to 10 MPa begins to be extruded through the conical opening of the cell into the barrel and further into the plasma of the fusion plant. The mode of operation of the injector valves is selected so that the piston does not have time to push all the gas into the barrel, but is inhibited by the pressure of this gas and bounces to its original state.
В этом инжекторе таблетка начинает ускоряться в стволе при более высоком начальном давлении газа, за счет чего увеличивается скорость инжекции и глубина проникновения топлива в плазму, что позволяет поддерживать стабильную термоядерную реакцию в центральных зонах плазмы. Недостатком является наличие в конструкции инжектора движущегося элемента, что снижает надежность работы. Сложность наладки работы клапанов инжектора, от которых зависит весь процесс его работы, является другим его недостатком.In this injector, the tablet begins to accelerate in the barrel at a higher initial gas pressure, which increases the rate of injection and the depth of penetration of fuel into the plasma, which allows maintaining a stable thermonuclear reaction in the central zones of the plasma. The disadvantage is the presence in the design of the injector of a moving element, which reduces the reliability. The complexity of adjusting the operation of the injector valves, on which the entire process of its operation depends, is its other drawback.
Разновидностью двухступенчатого инжектора является экспериментально исследованный пеллет-инжектор с лайнерным обжатием толкающего газа, в котором вместо поршня для сжатия толкающего таблетку газа используется цилиндрический алюминиевый лайнер, разгоняемый электромагнитными силами из-за пропускания тока через лайнер, электропитание которого осуществляется от конденсаторной батареи; расчетная скорость пластиковой таблетки составляет 4,6 км/с, дейтериевой 10 км/с при диаметре и длине таблетки 2 мм, измеренная скорость пластиковой таблетки составила 2,5 км/с (В.П.Базилевский, Ю.А.Кареев, А.И.Кольченко и др. Пеллет-инжектор с лайнерным обжатием толкающего газа. / Тезисы докладов шестой Всероссийской конференции по инженерным проблемам термоядерных реакторов. - Санкт-Петербург, 27-29 мая 1997. - М.: ЦНИИ управления, экономики и информации Минатома РФ, 1997, с.155).A type of two-stage injector is an experimentally studied pellet injector with liner compression of pushing gas, in which instead of a piston, a cylindrical aluminum liner is used to compress the gas pushing the tablet, accelerated by electromagnetic forces due to the passage of current through the liner, which is powered by a capacitor bank; the calculated speed of the plastic tablet is 4.6 km / s, deuterium 10 km / s with a diameter and length of the tablet 2 mm, the measured speed of the plastic tablet was 2.5 km / s (V.P. Bazilevsky, Yu.A. Kareev, A .I. Kolchenko et al. Pellet injector with liner compression of pushing gas. / Abstracts of the Sixth All-Russian Conference on Engineering Problems of Thermonuclear Reactors. - St. Petersburg, May 27-29, 1997. - M. Central Research Institute of Management, Economics and Information of the Ministry of Atomic Energy RF, 1997, p. 155).
Недостатком этого способа разгона поршня (лайнера) является сложность реализации, связанная с необходимостью применения дорогостоящего и энергоемкого оборудования.The disadvantage of this method of acceleration of the piston (liner) is the implementation complexity associated with the need to use expensive and energy-intensive equipment.
Известна высокоскоростная система для инжекции криогенных таблеток, содержащая пневматическую двухступенчатую систему подачи таблеток; на первой ступени газ высокого давления поступает к поршню, который через высокоскоростной регулирующий клапан адиабатически сжимает движущийся газ на второй ступени; в стволе для запуска таблетки создается пиковое давление порядка 200 МПа за 10-100 мкс (патент США № 5406594, G 21 B 1/00, заявл. 17.07.91, опубл. 11.04.95; ИСМ вып.099, 1996, № 5, с.13).Known high-speed system for injection of cryogenic tablets, containing a pneumatic two-stage system for feeding tablets; at the first stage, high-pressure gas enters the piston, which adiabatically compresses the moving gas through the high-speed control valve in the second stage; a peak pressure of about 200 MPa for 10-100 μs is created in the barrel for starting the tablet (US patent No. 5406594, G 21 B 1/00, decl. 17.07.91, publ. 11.04.95; ISM issue 099, 1996, No. 5 , p.13).
Эта система имеет общий элемент с двухступенчатым инжектором по патенту РФ № 2132577 - поршень и в ней достигается более высокое давление в стволе. Однако наличие движущегося элемента снижает надежность работы системы.This system has a common element with a two-stage injector according to the patent of the Russian Federation No. 2132577 - a piston and a higher pressure in the barrel is achieved in it. However, the presence of a moving element reduces the reliability of the system.
Известно устройство для инжекции дважды ускоренных таблеток, в котором инжектор типа газовой пушки выстреливает таблетку, ускоренную при расширении ускоряющего газа, в зазор между двумя направляющими, равный диаметру направляющей трубки, чтобы предотвратить разрушение таблетки; за таблеткой в ускоряющем газе лазерным лучом инициируют электрический разряд и генерируется плазма, дополнительно ускоряющая таблетку (патент Японии № 2737055В2, G 21 B 1/00, заявл. 17.10.88, опубл. 08.04.98; ИСМ вып.099, 1999, № 5, с.3).A device for injecting twice accelerated tablets is known, in which an injector such as a gas gun shoots a tablet accelerated during expansion of the accelerating gas into a gap between two guides equal to the diameter of the guide tube to prevent destruction of the tablet; an electric discharge is initiated behind a tablet in an accelerating gas by a laser beam and a plasma is generated that additionally accelerates the tablet (Japanese Patent No. 2737055B2, G 21 B 1/00, application. 17.10.88, publ. 08.04.98; ISM issue 099, 1999, No. 5, p. 3).
Сохранение целостности таблетки исключает появление плазмы перед таблеткой, что позволяет при дополнительном ускорении сообщить таблетке высокую скорость. Однако реализация такого устройства требует дорогостоящего и энергоемкого оборудования.Preserving the integrity of the tablet eliminates the appearance of plasma in front of the tablet, which allows for additional acceleration to inform the tablet high speed. However, the implementation of such a device requires expensive and energy-intensive equipment.
Известен пеллет-инжектор для термоядерной установки JET, выполненный по принципу центрифуги. Это центробежное устройство, предназначенное для метания одиночных таблеток, сформированных из водорода при криогенных температурах, в плазму, содержит ротор в виде стержня, расположенный в вакуумной камере инжектора и соединенный с валом привода; на боковой поверхности стержня выполнен радиальный ускоряющий канал, имеющий конусное сечение с большим основанием, открытым в полость вакуумной камеры; в верхней части камеры установлен криогенный экструдер таблеток с механизмом их подачи в выходную трубку, размещенную перпендикулярно плоскости вращения ускоряющего канала; с помощью механизма подачи таблетка из водорода подается к ускоряющему каналу, захватывается им, ускоряется и выбрасывается на периферии ротора в трубопровод, соединяющий вакуумную камеру инжектора с вакуумной камерой термоядерной установки, в которой идет процесс горения плазмы (Andelfinger С., Вuchl К. et al., Pellet Injectors for JET. - IPP, 1/193, Sept. 1981, Max-Planck Institute for Plasmaphysik).Known pellet injector for a thermonuclear installation JET, made on the principle of a centrifuge. This centrifugal device, designed to throw single tablets formed of hydrogen at cryogenic temperatures into a plasma, contains a rotor in the form of a rod located in the vacuum chamber of the injector and connected to the drive shaft; on the side surface of the rod there is a radial accelerating channel having a conical section with a large base open to the cavity of the vacuum chamber; in the upper part of the chamber there is a cryogenic extruder of tablets with a mechanism for feeding them into an outlet tube placed perpendicular to the plane of rotation of the accelerating channel; using a feeding mechanism, a tablet of hydrogen is supplied to the accelerating channel, captured by it, accelerated and thrown out on the periphery of the rotor into a pipeline connecting the vacuum chamber of the injector to the vacuum chamber of the thermonuclear installation in which the plasma is burning (Andelfinger C., B.uchl et al. ., Pellet Injectors for JET. - IPP, 1/193, Sept. 1981, Max-Planck Institute for Plasmaphysik).
Использованный в этом устройстве способ подачи таблетки в ускоряющий канал путем ее захвата этим каналом при перемещении таблетки в перпендикулярном каналу направлении требует жесткой синхронизации скорости вращения ротора и скорости таблетки, что усложняет систему управления работой и надежность подачи. Кроме того, подача таблетки в конусный ускоряющий канал связана с неопределенностью точки соприкосновения таблетки и канала, что снижает точность попадания таблетки в соединительный трубопровод и увеличивает вероятность потери таблетки в полости камеры инжектора.The method of feeding a tablet to the accelerating channel used in this device by capturing it by this channel when moving the tablet in a direction perpendicular to the channel requires tight synchronization of the rotor speed and the tablet speed, which complicates the operation control system and the supply reliability. In addition, the feed of the tablet into the conical accelerating channel is associated with the uncertainty of the contact point between the tablet and the channel, which reduces the accuracy of the tablet entering the connecting pipe and increases the likelihood of tablet loss in the cavity of the injector chamber.
Известен способ подачи таблетки в ускоряющий канал ротора инжектора макрочастиц путем перемещения таблетки перпендикулярно радиальному ускоряющему каналу, согласно которому таблетку сначала перемещают перпендикулярно ускоряющему каналу, затем захватывают ее ротором, перемещают в радиальном и окружном направлениях, выбрасывают из ротора по касательной в плоскость ускоряющего канала, после чего улавливают таблетку ускоряющим каналом ротора (а.с. СССР № 1258223, G 21 B 1/00, заявл. 17.12.84, опубл. 06.04.87, Бюл. № 12, с.281). Устройство подачи таблетки в ускоряющий канал ротора инжектора макрочастиц для осуществления этого способа содержит экструдер таблеток с выходной трубкой, установленный на корпусе, в котором расположен ротор с радиальным ускоряющим каналом на боковой поверхности, а также полый цилиндр, установленный на корпусе с торцевым зазором относительно плоскости ротора, которая расположена в плоскости оси симметрии ускоряющего канала, выходная трубка экструдера размещена внутри полого цилиндра, в котором выполнено радиальное выходное отверстие, а на плоскости ротора расположены радиальные ребра с зазором относительно цилиндра.A known method of supplying a tablet to the accelerating channel of the rotor of the particulate injector by moving the tablet perpendicular to the radial accelerating channel, according to which the tablet is first moved perpendicular to the accelerating channel, then it is captured by the rotor, is moved in the radial and circumferential directions, is thrown tangentially from the rotor into the plane of the accelerating channel, after what catch the tablet accelerating the channel of the rotor (AS USSR No. 1258223, G 21 B 1/00, decl. 17.12.84, publ. 06.04.87, Bull. No. 12, p. 281). A device for supplying a tablet to an accelerating channel of a rotor of a particle injector for implementing this method comprises a tablet extruder with an output tube mounted on a housing in which a rotor with a radial accelerating channel is located on the side surface, as well as a hollow cylinder mounted on the housing with an end gap relative to the plane of the rotor , which is located in the plane of the axis of symmetry of the accelerating channel, the output tube of the extruder is placed inside a hollow cylinder, in which a radial outlet e and the rotor plane are arranged on the radial ribs with a clearance relative to the cylinder.
Этим способом и устройством устраняются недостатки вышеописанного центробежного устройства, однако они имеют свои недостатки, а именно: возможен упругий отскок криогенной твердоводородной таблетки от стенки неподвижного цилиндра за счет ее испарения при соприкосновении с "теплым" цилиндром, что препятствует захвату следующей таблетки и снижает частоту захвата таблеток; упругий отскок таблетки в момент ее выхода через окно неподвижного цилиндра приводит к нестабильности ее вылета и увеличению угла рассеяния; увеличение угла рассеяния на выходе из неподвижного цилиндра приводит к изменению точки захвата таблетки основным ускоряющим каналом и, следовательно, к увеличению угла рассеяния таблетки на выходе из центрифуги, что приводит к дополнительным потерям массы и скорости таблетки при ее прохождении по трубопроводу к плазме термоядерной установки.This method and device eliminates the disadvantages of the centrifugal device described above, but they have their drawbacks, namely: elastic rebound of the cryogenic solid-hydrogen tablet from the wall of the stationary cylinder is possible due to its evaporation upon contact with the “warm” cylinder, which prevents the capture of the next tablet and reduces the capture frequency pills the elastic rebound of the tablet at the time of its exit through the window of the stationary cylinder leads to instability of its departure and an increase in the scattering angle; an increase in the scattering angle at the exit from the stationary cylinder leads to a change in the capture point of the tablet by the main accelerating channel and, therefore, to an increase in the scattering angle of the tablet at the exit of the centrifuge, which leads to additional loss of mass and speed of the tablet during its passage through the pipeline to the plasma of the thermonuclear installation.
Из приведенных выше способов и устройств инжекции термоядерного топлива за прототип выбран газовый способ инжекции, использованный в двухступенчатом инжекторе по патенту РФ № 2132577. Газовый способ инжекции, нашедший наиболее широкое применение в существующих и проектируемых тороидальных термоядерных установках и позволяющий достичь необходимых для крупных установок параметров инжекции, включает в себя три осуществляемых в вакууме стадии: стадию охлаждения газообразного топливного водорода жидкогелиевым теплообменником; стадию формирования таблеток из замороженного водорода и двухступенчатую стадию ускорения таблетки под действием ускоряющего газа (водорода или гелия) с использованием дополнительного сжатия топливного газа с помощью поршня.From the above methods and devices for thermonuclear fuel injection, the gas injection method used in the two-stage injector according to the patent of the Russian Federation No. 2132577 was selected as the prototype. The gas injection method, which has found the widest application in existing and planned toroidal thermonuclear installations and which allows achieving the necessary injection parameters for large installations includes three stages carried out in a vacuum: the stage of cooling gaseous fuel hydrogen with a liquid-helium heat exchanger; the stage of formation of tablets from frozen hydrogen and the two-stage stage of acceleration of the tablet under the action of an accelerating gas (hydrogen or helium) using additional compression of the fuel gas using a piston.
Недостатками этого способа являются сложность реализации, работа только с одной формой состояния топлива (замороженные таблетки), необходимость работы в вакууме самого инжектора и наличие вакуумного тракта между инжектором и вакуумной камерой.The disadvantages of this method are the difficulty of implementation, work with only one form of fuel condition (frozen tablets), the need to work in a vacuum of the injector itself, and the presence of a vacuum path between the injector and the vacuum chamber.
Заявляемое изобретение направлено на решение задачи создания более простого способа инжекции термоядерного топлива в вакуумную камеру термоядерных реакторов, удовлетворяющего требованиям к параметрам инжекции, необходимым для демонстрационных термоядерных реакторов токамаков, при котором возможна работа как с твердыми топливными таблетками, так и с газообразным и жидким состоянием термоядерного топлива.The claimed invention is aimed at solving the problem of creating a simpler method of injection of thermonuclear fuel into the vacuum chamber of thermonuclear reactors, satisfying the requirements for the injection parameters necessary for demonstration tokamak thermonuclear reactors, in which it is possible to work both with solid fuel pellets and with the gaseous and liquid state of the thermonuclear fuel.
Сущность изобретения состоит в способе инжекции термоядерного топлива в вакуумную камеру термоядерного реактора, заключающемся в формировании макроэлементов с термоядерным топливом, ускорении этих макроэлементов воздействием газа и введении термоядерного топлива в вакуумную камеру. В этом способе макроэлементы с термоядерным топливом формируют путем помещения термоядерного топлива в металлические герметичные капсулы, которые прицельно и дистанционно, одиночно или очередями выстреливают из пневматического или огнестрельного оружия в отверстие в области стенки вакуумной камеры термоядерного реактора, отведенной для инжекции топлива, обеспечивая кумулятивное проникновение термоядерного топлива внутрь вакуумной камеры в область плазменного шнура. В частном случае осуществления изобретения прицельная стрельба в отверстие вакуумной камеры может вестись через препятствие, установленное вблизи вакуумной камеры, имеющее отверстие, соосное по траектории полета капсулы отверстию в вакуумной камере, при этом металлический корпус капсулы в отверстии препятствия застревает, а содержимое капсулы через отверстие в вакуумной камере проникает внутрь нее.The essence of the invention consists in a method of injection of thermonuclear fuel into the vacuum chamber of a thermonuclear reactor, which consists in the formation of macronutrients with thermonuclear fuel, acceleration of these macronutrients by the action of gas and the introduction of thermonuclear fuel in a vacuum chamber. In this method, thermonuclear fuel macroelements are formed by placing thermonuclear fuel in metal sealed capsules, which are aimed and remotely, singly, or in bursts fired from a pneumatic or firearm into a hole in the wall region of the thermonuclear reactor's vacuum chamber allotted for fuel injection, providing for cumulative penetration of the thermonuclear fuel inside the vacuum chamber into the plasma cord region. In the particular case of the invention, targeted shooting into the hole of the vacuum chamber can be conducted through an obstacle located near the vacuum chamber, having a hole coaxial along the path of the capsule with the hole in the vacuum chamber, while the metal capsule body in the hole of the obstacle is stuck, and the contents of the capsule through the hole in the vacuum chamber penetrates into it.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в отсутствии вакуумного тракта, соединяющего инжектор с вакуумной камерой реактора, в возможности варьирования скорости полета капсулы в зависимости от типа оружия в пределах ~(0,7-2,5) км/с, что, как минимум, будет соответствовать скорости кумулятивной струи, в возможности изменения в широких пределах дистанции от оружия до вакуумной камеры, учитывая размеры ее радиационной защиты.The technical result that can be obtained by carrying out the invention is the absence of a vacuum path connecting the injector to the vacuum chamber of the reactor, and the possibility of varying the capsule's flight speed depending on the type of weapon within ~ (0.7-2.5) km / s , which, at a minimum, will correspond to the speed of the cumulative jet, in the possibility of changing over a wide range of distances from the weapon to the vacuum chamber, given the size of its radiation protection.
Способ поясняется чертежом, где на фиг.1 приведено схематическое изображение приспособления для осуществления инжекции в вакуумную камеру термоядерного реактора, а на фиг.2 приведен фрагмент стенки вакуумной камеры с отверстием, в которое вбрасывается термоядерное топливо.The method is illustrated in the drawing, where Fig. 1 shows a schematic representation of a device for injecting a thermonuclear reactor into a vacuum chamber, and Fig. 2 shows a fragment of a wall of a vacuum chamber with an opening into which a thermonuclear fuel is thrown.
Способ инжекции осуществляется следующим образом. На специальном участке производится формирование макроэлементов. Термоядерное топливо (дейтерий или тритий или смесь дейтерия и трития) в виде газа, жидкости или замороженной таблетки заводится в свинцовые капсулы, которые завальцовываются в виде пуль. Таблетки (пеллеты) изготавливаются с помощью обычных экструдеров и для их хранения необходимы криогенные устройства. На выбранном расстоянии от вакуумной камеры термоядерного реактора устанавливается оружие. В зависимости от необходимой скорости полета капсулы-пули может использоваться мелкокалиберная винтовка, обычная винтовка или карабин, автомат или обычное духовое ружье (пневматическое оружие), которые могут быть снабжены оптическим прицелом. Оружие прицеливается в отверстие в области инжекции вакуумной камеры термоядерного реактора и жестко фиксируется. Стрельбу целесообразно осуществлять, используя приспособление, изображенное на фиг.1. На массивном основании 1, закрепленном на фундаменте между оружием и вакуумной камерой термоядерного реактора, устанавливается препятствие 2 в виде массивного металлического тела, в котором на оси траектории полета капсулы 3 с термоядерным топливом 4 выполнено сквозное отверстие 5 с воронкообразным входом со стороны подлета капсулы. Отверстие 6 на вакуумной камере 7 термоядерного реактора выполняется с воронкообразным входом на внешней поверхности вакуумной камеры, куда осуществляется прицеливание (фиг.2). Диаметр отверстия 5 на препятствии 2 выполняется примерно равным 1,5 мм, а диаметр отверстия 6 в вакуумной камере 7 примерно равным 1-1,5 мм исходя из размеров капсулы, помещающей достаточное для разовой инжекции количество термоядерного топлива. Препятствие 2 захватывает капсулу 3 при подлете и задерживает в воронкообразной части отверстия 5 металлическую часть капсулы, а ее содержимое, т.е. термоядерное топливо, влетает в воронкообразную часть отверстия 6 в вакуумной камере 7 и через это отверстие кумулятивным образом проникает внутрь вакуумной камеры 7 термоядерного реактора. Для сохранения условий вакуума в вакуумной камере в отверстии 6 может быть установлена обычная диафрагма по типу диафрагмы фотоаппарата с системой синхронизации с выстрелом. Диафрагма открывается в момент пролета пеллета через отверстие 6 в вакуумной камере 7 термоядерного реактора. Отверстие 6 может также выполняться в виде пружинных лепестков, открывающихся с помощью влетающей струи топлива и закрывающихся после ее прохождения практически без нарушения вакуума в камере 7. Капсула-пуля 3 тормозится о препятствие 2 перед вакуумной камерой 7 в приемном устройстве (конус воронкообразного входа отверстия 5), а струя жидкости (газа) летит дальше в направляющее устройство (конус воронкообразного входа отверстия 6) вакуумной камеры 7 термоядерного реактора. Пуля удаляется из приемного устройства, например, с помощью обычного его раздвижения. В этом случае препятствие 2 выполняется из двух половин с пружинами между ними.The injection method is as follows. At a special site, the formation of macronutrients is performed. Thermonuclear fuel (deuterium or tritium or a mixture of deuterium and tritium) in the form of a gas, liquid or frozen tablet is placed in lead capsules, which are rolled in the form of bullets. Tablets (pellets) are made using conventional extruders and cryogenic devices are needed to store them. At a selected distance from the vacuum chamber of the fusion reactor, weapons are mounted. Depending on the required flight speed of the bullet capsule, a small-caliber rifle, a conventional rifle or carbine, an automatic rifle or a conventional air gun (airgun), which can be equipped with an optical sight, can be used. The weapon is aimed at the hole in the injection area of the vacuum chamber of the thermonuclear reactor and is rigidly fixed. It is advisable to carry out the shooting using the device depicted in figure 1. On the massive base 1, fixed on the foundation between the weapon and the vacuum chamber of the thermonuclear reactor, an obstacle 2 is set in the form of a massive metal body in which a through hole 5 is made on the axis of the flight path of the capsule 3 with thermonuclear fuel 4 with a funnel-shaped entrance from the capsule approach side. The hole 6 on the
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002120381/06A RU2229749C2 (en) | 2002-07-29 | 2002-07-29 | Method for injecting fusionable fuel in vacuum chamber of thermonuclear reactor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002120381/06A RU2229749C2 (en) | 2002-07-29 | 2002-07-29 | Method for injecting fusionable fuel in vacuum chamber of thermonuclear reactor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002120381A RU2002120381A (en) | 2004-01-27 |
RU2229749C2 true RU2229749C2 (en) | 2004-05-27 |
Family
ID=32678731
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002120381/06A RU2229749C2 (en) | 2002-07-29 | 2002-07-29 | Method for injecting fusionable fuel in vacuum chamber of thermonuclear reactor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2229749C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2799504C1 (en) * | 2023-02-21 | 2023-07-05 | Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Automatic control system for the supply of producer and process gases in various modes of operation of a tokamak-type plant |
-
2002
- 2002-07-29 RU RU2002120381/06A patent/RU2229749C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2799504C1 (en) * | 2023-02-21 | 2023-07-05 | Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Automatic control system for the supply of producer and process gases in various modes of operation of a tokamak-type plant |
RU224656U1 (en) * | 2023-12-27 | 2024-04-01 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Switching device for injection channels of cryogenic macroparticles for installations with magnetic confinement of high-temperature plasma |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2002120381A (en) | 2004-01-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN112902771A (en) | Gas detonation drive ultra-high-speed launching system | |
KR20210025445A (en) | System and methods for nuclear fusion using plasma, laser beams and bullets | |
CN210220826U (en) | Composite ignition type combustion light gas gun | |
KR20140146293A (en) | Hypervelocity gun for nuclear fusion power | |
RU2229749C2 (en) | Method for injecting fusionable fuel in vacuum chamber of thermonuclear reactor | |
CN111043900B (en) | Medium-low temperature high-speed impact test device and test method thereof | |
RU110861U1 (en) | CRYOGENIC HYDROGEN JET INJECTOR | |
KR20210093506A (en) | Nuclear fusion device where nuclear fusion is achieved through the compression of high temperature plasma of D+T fuel with pulsed laser beams and hypervelocity bullet(s) | |
Frattolillo et al. | High‐speed repeating hydrogen pellet injector for long‐pulse magnetic confinement fusion experiments | |
Combs et al. | A technique for producing large dual-layer pellets in support of disruption mitigation experiments | |
CN211980218U (en) | Broken shot injector suitable for relieving plasma rupture of fusion reactor | |
US3468217A (en) | Hypervelocity jet system | |
Seiler et al. | Presentation of the rail tube version II of ISL’s RAMAC 30 | |
KR20190027464A (en) | Nuclear fusion device where nuclear fusion is achieved through the compression of high-temperature plasma between a target and a high-speed bullet | |
Vinyar et al. | A 12-barrel deuterium pellet injector for the C-2 field-reversed configuration device | |
CN110057242A (en) | A kind of device and method emitted for being classified coyote hole fire extinguisher bomb | |
Khramtsov et al. | Experimental and analytical study of a two-stage light-gas magnetoplasma launcher for ballistic tests under vacuum conditions | |
Combs et al. | New pellet injection schemes on DIII-D | |
SU1250076A1 (en) | Pill injector | |
Reznichenko et al. | An injector of xenon macroscopic pellets for quenching the fusion reaction in a tokamak | |
RU2009149420A (en) | LASER REACTOR | |
Combs et al. | High-speed repetitive pellet injector for plasma fueling of magnetic confinement fusion devices | |
RU2132577C1 (en) | Double-stage injector of fusion-fuel pellets | |
Li et al. | Simulation of the design of a compressed air launch system based on AUTODYN | |
TW201525409A (en) | The rapid-fire guns with shells supplied inside gun bore |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120730 |