RU2230377C2 - Injector of doping macroparticles in solid hydrogen isotope shells for the rmonuclear plants - Google Patents

Injector of doping macroparticles in solid hydrogen isotope shells for the rmonuclear plants Download PDF

Info

Publication number
RU2230377C2
RU2230377C2 RU2000128751/06A RU2000128751A RU2230377C2 RU 2230377 C2 RU2230377 C2 RU 2230377C2 RU 2000128751/06 A RU2000128751/06 A RU 2000128751/06A RU 2000128751 A RU2000128751 A RU 2000128751A RU 2230377 C2 RU2230377 C2 RU 2230377C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pusher
injector
shell
shells
impurity
Prior art date
Application number
RU2000128751/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2000128751A (en
Inventor
р И.В. Вин (RU)
И.В. Виняр
Шигеру СУДО (JP)
Шигеру СУДО
Original Assignee
Нэшнл Инститъют Фор Фьюжн Сайнс
Пелин Инк.
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 Нэшнл Инститъют Фор Фьюжн Сайнс, Пелин Инк. filed Critical Нэшнл Инститъют Фор Фьюжн Сайнс
Priority to RU2000128751/06A priority Critical patent/RU2230377C2/en
Priority to JP2001354643A priority patent/JP3739697B2/en
Publication of RU2000128751A publication Critical patent/RU2000128751A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2230377C2 publication Critical patent/RU2230377C2/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

FIELD: thermonuclear plants. SUBSTANCE: injector has vacuum chamber, injector cylinder, shell generator whose space communicates with injector cylinder space, and shell generator cooling system. Casing is designed to hold doping macroparticles and communicates with shell generator. Pusher is installed in casing for moving macroparticles by its butt end from casing to shell generator space. Gas feeding system communicates with shell generator, injector cylinder, and casing spaces. Evacuating system is used to degas vacuum chamber and to generate shells. Pusher actuator is connected to pusher outside of vacuum chamber. Pusher is provided with internal passage communicating with mentioned pusher butt-end to form inlet hole therein whose diameter is smaller than size of doping macroparticle. Outlet hole of passage is provided between mentioned butt-end of pusher and its actuator. Evacuating system communicates in addition through outlet hole of pusher with mentioned passage. EFFECT: enhanced reliability of generation and injection of doping macroparticles in solid hydrogen isotope shells. 1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области управляемого термоядерного синтеза и может быть использовано для диагностики плазмы в термоядерных установках.The invention relates to the field of controlled thermonuclear fusion and can be used for plasma diagnostics in thermonuclear installations.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Известны инжекторы примесных макрочастиц без оболочек для термоядерных установок (P.T.Lang et al., Compact gas gun injection system for vaiable sized solid pellets, Review of Scientific Instruments, 1994, v.65, №7, pp.2316-2321). Эти инжекторы вбрасывают в плазму макрочастицу примеси (например, углерода или лития) для того, чтобы по создаваемым ею возмущениям судить о параметрах плазмы. Их ограничением является то, что примеси начинают испаряться на периферии плазмы и не проникают в ее центральные зоны, где наиболее важно знать параметры плазмы.Known injectors of impurity particulate particles without shells for thermonuclear installations (P.T. Lang et al., Compact gas gun injection system for vaiable sized solid pellets, Review of Scientific Instruments, 1994, v.65, No. 7, pp.2316-2321). These injectors throw an admixture of particulate matter (for example, carbon or lithium) into the plasma in order to judge the plasma parameters by the perturbations it creates. Their limitation is that impurities begin to evaporate at the periphery of the plasma and do not penetrate into its central zones, where it is most important to know the plasma parameters.

Известен инжектор примесных макрочастиц в оболочках из полистерена (K.V.Khlopenkov, S.Sudo, Production and acceleration of tracer encapsulated solid pellets for particle transport diagnostics, Review of Scientific Instruments, 1998, v.69, №9, pp.3194-3198). Оболочка защищает примесь от испарения и позволяет увеличить глубину ее проникновения в плазму. Ограничением этого инжектора является то, что оболочка также представляет собой примесь для термоядерной плазмы, которая, как известно, состоит из ионизованных атомов изотопов водорода. Поэтому по возмущениям, создаваемым двумя сортами примесей, труднее судить об истинных параметрах плазмы.A known injector of impurity particulates in polystyrene shells (K.V. Khlopenkov, S. Sudo, Production and acceleration of tracer encapsulated solid pellets for particle transport diagnostics, Review of Scientific Instruments, 1998, v. 69, No. 9, pp. 3194-3198). The shell protects the impurity from evaporation and allows increasing the depth of its penetration into the plasma. A limitation of this injector is that the shell is also an impurity for thermonuclear plasma, which, as you know, consists of ionized atoms of hydrogen isotopes. Therefore, it is more difficult to judge the true plasma parameters from the disturbances created by the two types of impurities.

Наиболее близким к предлагаемому является инжектор примесных макрочастиц в оболочках из твердых изотопов водорода, содержащий вакуумную камеру, ствол инжектора, формирователь оболочек, полость которого сообщена с полостью ствола инжектора, систему охлаждения формирователя оболочек, обойму, предназначенную для размещения в ней примесных макрочастиц и подсоединенную к формирователю оболочек, толкатель, установленный в обойме с возможностью перемещения его торцом макрочастиц из обоймы в полость формирователя оболочек, систему подачи газов, сообщенную с полостями формирователя, обоймы и ствола инжектора, систему вакуумирования, предназначенную для вакуумирования вакуумной камеры и размещенных в ней ствола инжектора, формирователя оболочек и обоймы с макрочастицами, привод толкателя, подсоединенный к толкателю снаружи вакуумной камеры (S.Sudo, H.Itoh, K.Khlopenkov, Tracer-encapsulated cryogenic pellet production for particle transport diagnostics. Review of Scientific Instruments, 1997, v.68, №7, pp.2717-2724).Closest to the proposed is an impurity particulate injector in shells of solid hydrogen isotopes containing a vacuum chamber, an injector barrel, a shell former, a cavity in communication with the injector barrel cavity, a shell former cooling system, a ferrule designed to contain impurity particulates in it and connected to shell shaper, a pusher installed in the cage with the ability to move the end of the particles from the cage into the cavity of the shaper, the feed system the basics connected with the cavities of the shaper, the holder and the injector barrel, a vacuum system designed to evacuate the vacuum chamber and the injector barrel, the shaper and the holder with the particles placed therein, a pusher drive connected to the pusher outside the vacuum chamber (S. Sudo, H. Itoh, K. Khlopenkov, Tracer-encapsulated cryogenic pellet production for particle transport diagnostics. Review of Scientific Instruments, 1997, v. 68, No. 7, pp. 2717-2724).

В этом техническом решении формирователь оболочек содержит две пластины, выполненные с возможностью перемещения друг относительно друга и относительно корпуса формирователя.In this technical solution, the shaper shell contains two plates made with the possibility of movement relative to each other and relative to the body of the shaper.

При инжекции такой макрочастицы в плазму оболочка испаряется на периферии плазмы, не внося в нее примесей, а примесная макрочастица начинает испаряться и создавать возмущения в центральных зонах плазмы. По этим возмущениям можно судить о параметрах плазмы.When such a particle is injected into the plasma, the shell evaporates at the periphery of the plasma without introducing impurities into it, and the impurity particle begins to evaporate and create disturbances in the central zones of the plasma. From these perturbations, one can judge the plasma parameters.

Ограничением инжектора является недостаточная надежность формирования примесных макрочастиц в оболочках. После формирования половины оболочки в одной из пластин (при температуре от 10 до 15 К в зависимости от вида изотопа водорода) и размещения в ней примесной макрочастицы, производится перемещение пластины внутри формирователя оболочек и дополнительный напуск газообразного изотопа водорода для конденсации и формирования второй половины оболочки в другой пластине. Отверстия в обеих пластинах должны быть соосно и точно позиционированы для того, чтобы из двух половин оболочек получилась одна целая оболочка без выступов на боковой поверхности, которые могут привести к разрушению оболочки во время инжекции. Масса дополнительно подаваемого газа для конденсации второй половины оболочки равна или даже превышает массу уже сформированной первой половины оболочки, а его теплоемкость существенно больше теплоемкости сформированной половины оболочки, поскольку температура газа значительно выше 15 К. Поэтому при конденсации второй половины оболочки выделяется тепло, которое может приводить к частичному разогреву или даже плавлению уже сформированной половины оболочки. Далее обе пластины перемещают оболочку с примесной макрочастицей на ось ствола, что также приводит к тепловыделениям за счет трения и изменения теплопритоков к оболочке. При температурных изменениях внутри оболочки возникают термические напряжения. При разогреве оболочки она размягчается и примесная макрочастица под действием термических напряжений и конвективных потоков внутри оболочки может сместиться из центра к краю оболочки. В таком месте оболочка практически не закрывает макрочастицу и при попадании в плазму макрочастица сразу начнет испаряться на периферии плазмы. Это снижает надежность работы инжектора как инструмента для диагностики параметров центральных зон плазмы. Другим недостатком инжектора является сложность его конструкции, обусловленная необходимостью перемещения и точного позиционирования как примесной макрочастицы, так и оболочки, формирующейся по частям.A limitation of the injector is the insufficient reliability of the formation of impurity particles in the shells. After the formation of a half shell in one of the plates (at a temperature of 10 to 15 K, depending on the type of hydrogen isotope) and placement of an impurity particulate in it, the plate is moved inside the shell former and an additional inlet of the gaseous hydrogen isotope is used to condense and form the second half of the shell into another plate. The holes in both plates must be aligned and precisely positioned so that from the two halves of the shells a single shell is formed without protrusions on the side surface, which can lead to destruction of the shell during injection. The mass of the additional gas supplied for condensation of the second half of the shell is equal to or even greater than the mass of the already formed first half of the shell, and its heat capacity is significantly greater than the heat capacity of the formed half of the shell, since the gas temperature is much higher than 15 K. Therefore, heat is generated during condensation of the second half of the shell, which to partial heating or even melting of the already formed half of the shell. Then, both plates move the shell with the impurity particulate onto the axis of the barrel, which also leads to heat generation due to friction and changes in heat influx to the shell. With temperature changes, thermal stresses occur inside the shell. When the shell is heated, it softens and the impurity particulate under the action of thermal stresses and convective flows inside the shell can shift from the center to the edge of the shell. In such a place, the shell practically does not cover the particulate, and if it enters the plasma, the particulate will immediately begin to evaporate at the periphery of the plasma. This reduces the reliability of the injector as a tool for diagnosing the parameters of the central zones of the plasma. Another disadvantage of the injector is the complexity of its design, due to the need to move and accurately position both the impurity particulate and the shell formed in parts.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение надежности формирования и инжекции примесных макрочастиц в оболочках из твердых изотопов водорода.The problem to which the present invention is directed, is to increase the reliability of the formation and injection of impurity particles in shells of solid hydrogen isotopes.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции инжектора примесных макрочастиц в оболочках из твердых изотопов водорода.The technical result of the invention is to simplify the design of the injector of impurity particles in the shells of solid hydrogen isotopes.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном инжекторе примесных макрочастиц в оболочках из твердых изотопов водорода для термоядерных установок, содержащем вакуумную камеру, ствол инжектора, формирователь оболочек, полость которого сообщена с полостью ствола инжектора, систему охлаждения формирователя оболочек, обойму, предназначенную для размещения в ней примесных макрочастиц и подсоединенную к формирователю оболочек, толкатель, установленный в обойме с возможностью перемещения его торцом макрочастиц из обоймы в полость формирователя оболочек, систему подачи газов, сообщенную с полостями формирователя, обоймы и ствола инжектора, систему вакуумирования, предназначенную для вакуумирования вакуумной камеры и размещенных в ней ствола инжектора, формирователя оболочек и обоймы с макрочастицами, привод толкателя, подсоединенный к толкателю снаружи вакуумной камеры, согласно изобретению толкатель снабжен каналом, выполненным внутри него и сообщенным с упомянутым торцом толкателя с образованием в нем входного отверстия, диаметр которого выполнен меньшим, чем габаритный размер примесной макрочастицы, а между упомянутым торцом толкателя и его приводом в толкателе выполнено выходное отверстие канала, и через выходное отверстие канала толкателя система вакуумирования дополнительно сообщена с ним.To solve the problem with the achievement of the specified technical result in the known injector of impurity particles in shells of solid hydrogen isotopes for thermonuclear installations containing a vacuum chamber, an injector barrel, a shaper, the cavity of which is in communication with the cavity of the injector barrel, a cooling system of the shaper, a clip designed for placement of impurity particles in it and connected to the shaper of shells, a pusher mounted in a holder with the ability to move it about the end face of the particles from the holder into the cavity of the shell former, the gas supply system communicated with the cavities of the former, the holder and the injector barrel, a vacuum system designed to evacuate the vacuum chamber and the injector barrel, the former of the shell and cartridge with the particles located in it, the pusher drive connected to the pusher outside the vacuum chamber, according to the invention, the pusher is provided with a channel made inside it and communicated with the said end of the pusher with the formation of an inlet in it a channel whose diameter is smaller than the overall dimension of the impurity particulate, and an outlet channel is made in the pusher between the end of the pusher and its drive, and the evacuation system is additionally communicated with it through the outlet of the pusher channel.

Сущность изобретения заключается в том, что толкатель макрочастиц имеет канал, сквозь который может производиться подача и отсос газа, но не может проникать примесная макрочастица, поскольку входное отверстие канала толкателя должно быть меньше, чем примесная макрочастица.The essence of the invention lies in the fact that the pusher of the particles has a channel through which gas can be supplied and sucked, but the impurity particulate cannot penetrate, since the inlet of the pusher channel must be smaller than the impurity particulate.

Существенно также то, что формирование оболочки из твердых изотопов водорода производится вокруг примесной макрочастицы, которая не перемещается во время формирования оболочки. Сама оболочка также не перемещается в формирователе до начала ускорения в стволе инжектора.It is also significant that the formation of the shell from solid hydrogen isotopes is carried out around the impurity particulate, which does not move during the formation of the shell. The shell itself also does not move in the former until acceleration begins in the injector barrel.

Устройство в соответствии с настоящим изобретением существенно отличается от известных. Во время загрузки макрочастицы из обоймы, ее перемещения в формирователь оболочек и во время формирования оболочки примесная макрочастица прижимается потоком газа к входному отверстию канала толкателя, сквозь которое пройти не может. Поток газа откачивается сквозь зазоры между макрочастицей и стенками канала толкателя. По мере затвердевания газа и образования оболочки вокруг макрочастицы происходит затвердевание газа и внутри канала толкателя. В то время как толкатель медленно выдвигается из сформированной оболочки и направляется к обойме за следующей макрочастицей, замерзшие внутри канала толкателя твердые изотопы водорода начинают сублимировать и конденсироваться внутри полости, оставляемой в оболочке выдвигающимся толкателем. Таким образом, толкатель используется не только как вакуумный пинцет для захвата и удержания примесной макрочастицы, но и в качестве источника изотопов водорода для завершения формирования оболочки вокруг макрочастицы.The device in accordance with the present invention is significantly different from the known. During the loading of the particulate from the cage, its movement into the shaper of the shells and during the formation of the shell, the impurity particulate is pressed by the gas flow to the inlet of the pusher channel, through which it cannot pass. The gas flow is pumped through the gaps between the particulate and the walls of the pusher channel. As the gas solidifies and a shell forms around the particulate, the gas solidifies inside the plunger channel. While the pusher slowly extends from the formed shell and goes to the cage after the next particulate, solid hydrogen isotopes frozen inside the pusher channel begin to sublimate and condense inside the cavity left in the shell by the extendable pusher. Thus, the pusher is used not only as a vacuum tweezers to capture and hold impurity particles, but also as a source of hydrogen isotopes to complete the formation of the shell around the particles.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются лучшим вариантом его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи.These advantages, as well as features of the present invention are illustrated by the best option for its implementation with reference to the accompanying drawings.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фиг.1 изображает функциональную схему заявленного инжектора.Figure 1 depicts a functional diagram of the claimed injector.

Фиг.2 схематично показывает формирование оболочек в инжекторе по мере перемещения толкателя, где на (а) показано расположение толкателя макрочастиц в обойме в момент захвата макрочастицы; на (б) показано расположение толкателя с макрочастицей в формирователе оболочек на оси ствола инжектора; на (в) показаны полости формирователя оболочек и канала толкателя, в которых произошла конденсация и затвердевание газообразного изотопа водорода; на г) показана сформированная вокруг примесной макрочастицы оболочка из твердого изотопа водорода с полостью, оставленной выдвинутым из нее толкателем макрочастиц.Figure 2 schematically shows the formation of shells in the injector as the pusher moves, where (a) shows the location of the pusher of the particles in the holder at the time of capture of the particles; on (b) shows the location of the pusher with a particulate in the shaper shells on the axis of the injector barrel; on (c) the cavities of the shaper of the shells and the channel of the pusher, in which the condensation and solidification of the gaseous isotope of hydrogen occurred; on d) a shell formed of a solid hydrogen isotope formed around an impurity particulate with a cavity left by a pusher of particles extended from it is shown.

Лучший вариант осуществления изобретенияThe best embodiment of the invention

На фиг.1, 2 приняты следующие обозначения: вакуумная камера 1, формирователь 2 оболочек, система 3 охлаждения формирователя 2, ствол 4 инжектора, обойма 5 с примесными макрочастицами, примесные макрочастицы 6, толкатель 7 примесных макрочастиц 6, система 8 подачи газов, система 9 вакуумирования, привод 10 толкателя 7 примесных макрочастиц 6, канал 11 в толкателе 7, входное отверстие 12 канала 11 толкателя 7, выходное отверстие 13 канала 11, оболочка 14 из твердых изотопов водорода.1, 2, the following designations are accepted: vacuum chamber 1, shaper 2 of the shells, cooling system 3 of the shaper 2, barrel 4 of the injector, cage 5 with impurity particles, impurity particles 6, pusher 7 of impurity particles 6, gas supply system 8, system 9, the drive 10 of the pusher 7 impurity particles 6, the channel 11 in the pusher 7, the inlet 12 of the channel 11 of the pusher 7, the outlet 13 of the channel 11, the shell 14 of solid hydrogen isotopes.

Инжектор примесных макрочастиц в оболочках из твердых изотопов водорода для термоядерных установок (фиг.1) содержит вакуумную камеру 1, ствол 4 инжектора, формирователь 2 оболочек 14, полость которого сообщена с полостью ствола 4. Инжектор имеет систему 3 охлаждения формирователя 2, обойму 5, предназначенную для размещения в ней примесных макрочастиц 6 и подсоединенную к формирователю 2. Толкатель 7 установлен в обойме 5 с возможностью перемещения его торцом макрочастиц 6 из обоймы 5 в полость формирователя 2. Система 8 подачи газов сообщена с полостями формирователя 2, обоймы 5 и ствола 4 инжектора. Система 9 вакуумирования предназначена для вакуумирования вакуумной камеры 1 и размещенных в ней ствола 4 инжектора, формирователя 2 оболочек 14 и обоймы 5 с макрочастицами 6. Привод 10 толкателя 7 подсоединен к нему снаружи вакуумной камеры 1.The injector of impurity particles in the shells of solid hydrogen isotopes for thermonuclear plants (Fig. 1) contains a vacuum chamber 1, a barrel 4 of the injector, a shaper 2 of the shells 14, the cavity of which is in communication with the cavity of the barrel 4. The injector has a cooling system 3 of the shaper 2, a clip 5, designed to accommodate impurity particles 6 in it and connected to the former 2. The pusher 7 is installed in the holder 5 with the ability to move the end of the particles 6 from the holder 5 into the cavity of the former 2. The gas supply system 8 is in communication with the shaper 2, holder 5 and barrel 4 of the injector. The evacuation system 9 is designed to evacuate the vacuum chamber 1 and the injector barrel 4 located therein, shaper 2 of the shells 14 and the holder 5 with particulate 6. The drive 10 of the pusher 7 is connected to it outside the vacuum chamber 1.

Толкатель 7 снабжен каналом 11, выполненным внутри него и сообщенным с упомянутым торцом толкателя 7 с образованием в нем входного отверстия 12. Диаметр входного отверстия 12 выполнен меньшим, чем габаритный размер примесной макрочастицы 6. Между упомянутым торцом толкателя 7 и его приводом 10 (снаружи вакуумной камеры 1, как показано на фиг.1, или внутри нее) в толкателе 7 выполнено выходное отверстие 13 канала 11 толкателя 7. Через выходное отверстие 13 канала 11 система вакуумирования 9 дополнительно сообщена с каналом 11 толкателя 7. Диаметр входного отверстия 12 выполнен меньшим, чем габаритный размер примесной макрочастицы 6 для того, чтобы можно было использовать примесные макрочастицы различной формы, не обязательно в форме шара, при этом под габаритным размером примесной макрочастицы 6, обладающей не шарообразной формой, подразумевается минимальный габаритный размер в любом из пространственных направлений.The pusher 7 is provided with a channel 11 made inside of it and communicated with the said end of the pusher 7 with the formation of the inlet 12 therein. The diameter of the inlet 12 is made smaller than the overall dimension of the impurity particulate 6. Between the said end of the pusher 7 and its drive 10 (outside the vacuum chamber 1, as shown in figure 1, or inside it) in the pusher 7, an outlet 13 of the channel 11 of the pusher 7 is made. Through the outlet 13 of the channel 11 the evacuation system 9 is additionally communicated with the channel 11 of the pusher 7. The diameter of the input the holes 12 are made smaller than the overall dimension of the impurity particulate 6 so that impurity particulates of various shapes can be used, not necessarily in the shape of a ball, while the overall dimension of the impurity particulate 6 having a non-spherical shape means the minimum overall dimension in any of spatial directions.

Инжектор примесных макрочастиц в оболочках из твердых изотопов водорода (фиг.1) работает следующим образом.The injector of impurity particles in the shells of solid hydrogen isotopes (figure 1) works as follows.

После вакуумирования всех полостей инжектора система 3 охлаждения понижает температуру формирователя 2 до уровня на 5-10 К выше критической точки того изотопа водорода, из которого будет формироваться оболочка 14. Выбранный газообразный изотоп водорода поступает из системы 8 подачи газов в формирователь 2 оболочек 14, обойму 5 и ствол 4 и откачивается системой 9 вакуумирования только через канал 11 в толкателе 7 примесных макрочастиц 6, создавая направленный поток газа сквозь толкатель 7. Привод 10 толкателя 7 устанавливает его в положение, показанное на Фиг.2 (а), при котором примесная макрочастица 6, находящаяся в обойме 5, сдувается направленным потоком газа к входному отверстию 12 толкателя 7 (за счет перепада давлений, создаваемого системой 9 при вакуумировании полости ствола 4 и полости канала 11 толкателя 7, или перемещается к толкателю 7 другими средствами, например механическими) и присасывается к толкателю 7, поскольку пройти сквозь входное отверстие 12 не может. Для этого входное отверстие 12 канала 11 толкателя 7 должно быть меньше примесной макрочастицы 6. Привод 10 толкателя 7 перемещает его вместе с находящейся на его конце примесной макрочастицей 6 из обоймы 5 в формирователь 2 и устанавливает примесную макрочастицу 6 на ось ствола 4, как показано на Фиг.2 (б). Система 3 охлаждения понижает температуру формирователя 2 до уровня на 3-10 К ниже температуры затвердевания газообразного изотопа водорода. Газ затвердевает в полости формирователя 2 и в канале 11 толкателя 7, образуя оболочку 14 вокруг толкателя 7 с примесной макрочастицей 6, как показано на Фиг.2 (в). Система 9 вакуумирования отключает откачку канала 11 толкателя 7. Толкатель 7 медленно выдвигается из оболочки 14 обратно по направлению к обойме 5 с примесными макрочастицами 6, как показано на Фиг.2 (г). Поскольку площадь контакта примесной макрочастицы 6 с толкателем 7 существенно меньше площади контакта примесной макрочастицы 6 с замерзшей вокруг нее оболочкой 14, то примесная макрочастица 6 отрывается от толкателя 7, оставаясь неподвижной в оболочке 14. Характерный размер оболочки 14 для инжекции примесной макрочастицы 6 в термоядерную установку LHD (Япония) составляет 3 мм (диаметр и длина), а размер примесной макрочастицы 6 около 0,1-0,2 мм. Для таких размеров можно выбрать диаметр входного отверстия 12 канала 11 толкателя 7 примерно 0,05 мм, диаметр самого канала 11 толкателя 7 около 0,2-0,3 мм, а внешний диаметр толкателя 7 около 0,5-0,6 мм. По мере перемещения толкателя 7 к обойме 5 происходит сублимация твердого изотопа водорода, замерзшего в канале 11 толкателя 7. Пар поступает в полость, образуемую в оболочке 14 за счет выдвижения толкателя 7, и затвердевает внутри этой полости, заполняя ее и завершая формирование оболочки 14, как показано на фиг.1. Диаметр полости, оставляемой толкателем 7, составляет 0,5-0,6 мм, а длина около 1,5 мм, так что объем заполняемой полости составляет всего 2% от объема уже сформированной оболочки 14. Температурные изменения, вызванные сублимацией и затвердеванием такого количества изотопа водорода незначительны и не приводят к существенному изменению температуры всей оболочки 14, поскольку температура сублимирующего пара близка к температуре оболочки 14. После формирования оболочки 14 открывается тракт, соединяющий инжектор с термоядерной установкой, и система 8 подачи газов производит быстрый напуск ускоряющего газа, который ускоряет оболочку 14 вместе с примесной макрочастицей 6 в стволе 4 инжектора и направляет в плазму термоядерной установки. Система 3 охлаждения устанавливает температуру формирователя 2 на 5-10 К выше критической точки изотопа водорода и после откачки системой 9 вакуумирования цикл формирования и инжекции примесной макрочастицы 6 в оболочке 14 повторяется.After evacuation of all injector cavities, the cooling system 3 lowers the temperature of the former 2 to a level of 5-10 K above the critical point of the hydrogen isotope from which the shell 14 will be formed. The selected gaseous hydrogen isotope comes from the gas supply system 8 to the shell former 2, the cage 5 and the barrel 4 and is evacuated by the evacuation system 9 only through the channel 11 in the follower 7 of the impurity particles 6, creating a directed gas flow through the follower 7. The drive 10 of the follower 7 sets it to the position shown 2 (a), in which the impurity particulate 6, located in the holder 5, is blown away by a directed gas flow to the inlet 12 of the pusher 7 (due to the pressure difference created by the system 9 when evacuating the cavity of the barrel 4 and the cavity of the channel 11 of the pusher 7 , or moves to the pusher 7 by other means, for example mechanical) and sticks to the pusher 7, since it cannot pass through the inlet 12. For this, the inlet 12 of the channel 11 of the pusher 7 must be smaller than the impurity particulate 6. The drive 10 of the pusher 7 moves it along with the impurity particulate 6 at its end from the cage 5 to the former 2 and installs the impurity particulate 6 on the axis of the barrel 4, as shown in Figure 2 (b). The cooling system 3 lowers the temperature of the former 2 to a level 3-10 K below the solidification temperature of the gaseous hydrogen isotope. The gas solidifies in the cavity of the former 2 and in the channel 11 of the pusher 7, forming a shell 14 around the pusher 7 with an impurity particulate 6, as shown in FIG. 2 (c). The evacuation system 9 disables the pumping of the channel 11 of the pusher 7. The pusher 7 slowly extends from the shell 14 back towards the cage 5 with impurity particles 6, as shown in Figure 2 (g). Since the contact area of the impurity particulate 6 with the pusher 7 is substantially smaller than the contact area of the impurity particulate 6 with a shell 14 frozen around it, the impurity particulate 6 is detached from the pusher 7, remaining stationary in the shell 14. The characteristic size of the shell 14 for injection of the impurity particulate 6 into a thermonuclear installation LHD (Japan) is 3 mm (diameter and length), and the size of the impurity particulate 6 is about 0.1-0.2 mm. For such dimensions, you can choose the diameter of the inlet 12 of the channel 11 of the pusher 7 is about 0.05 mm, the diameter of the channel 11 of the pusher 7 is about 0.2-0.3 mm, and the outer diameter of the pusher 7 is about 0.5-0.6 mm. As the pusher 7 moves to the holder 5, the solid hydrogen isotope freezes in the channel 11 of the pusher 7. The steam enters the cavity formed in the shell 14 by extending the pusher 7 and solidifies inside this cavity, filling it and completing the formation of the shell 14. as shown in FIG. The diameter of the cavity left by the pusher 7 is 0.5-0.6 mm and the length is about 1.5 mm, so that the volume of the cavity being filled is only 2% of the volume of the already formed shell 14. Temperature changes caused by sublimation and solidification of such an amount hydrogen isotopes are insignificant and do not lead to a significant change in the temperature of the entire shell 14, since the temperature of the sublimating vapor is close to the temperature of the shell 14. After the formation of the shell 14, a path is opened connecting the injector to the thermonuclear installation, and the system 8 gas supply produces a quick inlet of accelerating gas, which accelerates the shell 14 together with the impurity particulate 6 in the barrel 4 of the injector and directs it into the plasma of the thermonuclear installation. The cooling system 3 sets the temperature of the former 2 to 5-10 K above the critical point of the hydrogen isotope and, after evacuation by the evacuation system 9, the cycle of formation and injection of the impurity particulate 6 in the shell 14 is repeated.

Длительность цикла составляет 5-10 минут. Для формирования оболочки 14 нужной конфигурации формирователь 2 должен иметь полость, выполненную в виде соответствующего канала, соосного каналу ствола 4 инжектора, диаметром, равным диаметру канала ствола 4, а длиной, равной желаемой длине оболочки 14. К каналу формирователя 2 с двух противоположных сторон присоединены ствол 4 и трубка для подачи ускоряющего газа во время инжекции. Газообразные изотопы водорода не конденсируется в этих трубке и стволе 4, поскольку последние не охлаждаются системой 3 охлаждения формирователя 2. Указанную трубку для подачи ускоряющего газа и ствол 4 можно оснастить нагревателями (не показаны) для регулирования длины образующейся оболочки 14.The duration of the cycle is 5-10 minutes. For the formation of the shell 14 of the desired configuration, the shaper 2 must have a cavity made in the form of a corresponding channel, coaxial to the channel of the barrel 4 of the injector, with a diameter equal to the diameter of the channel of the barrel 4, and a length equal to the desired length of the shell 14. To the channel of the shaper 2 are connected from two opposite sides barrel 4 and a tube for supplying accelerating gas during injection. Gaseous hydrogen isotopes do not condense in these tube and barrel 4, since the latter are not cooled by the cooling system 3 of the former 2. The specified tube for supplying accelerating gas and barrel 4 can be equipped with heaters (not shown) to control the length of the resulting shell 14.

Инжектор примесных макрочастиц в оболочках из твердых изотопов водорода в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает надежную подачу и удержание примесных макрочастиц 6 в формирователе 2 прямо на оси ствола 4 инжектора во время образования оболочки 14 из твердых изотопов водорода. Во время формирования оболочки 14 примесная макрочастица 6 и оболочка 14 неподвижны до самого момента инжекции, что существенно упрощает конструкцию и эксплуатацию инжектора и повышает надежность инжекции примесных макрочастиц 6.The injector of impurity particles in the shells of solid hydrogen isotopes in accordance with the present invention provides a reliable supply and retention of impurity particles 6 in the shaper 2 directly on the axis of the barrel 4 of the injector during the formation of the shell 14 of solid hydrogen isotopes. During the formation of the shell 14, the impurity particulate 6 and the shell 14 are stationary until the moment of injection, which greatly simplifies the design and operation of the injector and increases the reliability of the injection of impurity particulates 6.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Наиболее успешно заявленный инжектор примесных макрочастиц в оболочках из твердых изотопов водорода для термоядерных установок может быть промышленно применим для диагностики высокотемпературной плазмы, преимущественно в концепции строительства будущего токамака ИТЭР, а также на действующих установках LHD (Япония), ASDEX-UPGRADE (Германия) и других.The most successfully declared injector of impurity particles in shells of solid hydrogen isotopes for thermonuclear installations can be industrially applicable for the diagnosis of high-temperature plasma, mainly in the construction concept of the future ITER tokamak, as well as on existing installations LHD (Japan), ASDEX-UPGRADE (Germany) and others .

Claims (1)

Инжектор примесных макрочастиц в оболочках из твердых изотопов водорода для термоядерных установок, содержащий вакуумную камеру, ствол инжектора, формирователь оболочек, полость которого сообщена с полостью ствола инжектора, систему охлаждения формирователя оболочек, обойму, предназначенную для размещения в ней примесных макрочастиц и подсоединенную к формирователю оболочек, толкатель, установленный в обойме с возможностью перемещения его торцом макрочастиц из обоймы в полость формирователя оболочек, систему подачи газов, сообщенную с полостями формирователя, ствола инжектора и обоймы с макрочастицами, систему вакуумирования, предназначенную для вакуумирования вакуумной камеры и размещенных в ней ствола инжектора, обоймы и формирователя оболочек, привод толкателя, подсоединенный к толкателю снаружи вакуумной камеры, отличающийся тем, что толкатель снабжен каналом, выполненным внутри него и сообщенным с упомянутым торцом толкателя с образованием в нем входного отверстия, диаметр которого выполнен меньшим, чем габаритный размер примесной макрочастицы, а между упомянутым торцом толкателя и его приводом в толкателе выполнено выходное отверстие канала и через выходное отверстие канала толкателя система вакуумирования дополнительно сообщена с ним.Injector of impurity particles in shells of solid hydrogen isotopes for thermonuclear plants, containing a vacuum chamber, an injector barrel, a shaper, the cavity of which is in communication with the cavity of the injector barrel, a cooling system for the shaper of shells, a clip designed to contain impurity particles in it and connected to the shaper of shells , a pusher installed in the holder with the ability to move the end of the particles from the holder into the cavity of the shaper shells, a gas supply system, communicated with cavities of the former, the barrel of the injector and the cartridge with macroparticles, a vacuum system designed to evacuate the vacuum chamber and the injector barrel, cages and shell former located therein, a pusher drive connected to the pusher outside the vacuum chamber, characterized in that the pusher is provided with a channel, made inside it and communicated with the said end of the pusher with the formation of an inlet in it, the diameter of which is made smaller than the overall dimension of the impurity particulate, and between the outlet end of the channel is made by the curved end of the pusher and its drive in the pusher, and the evacuation system is additionally communicated with it through the outlet of the pusher channel.
RU2000128751/06A 2000-11-20 2000-11-20 Injector of doping macroparticles in solid hydrogen isotope shells for the rmonuclear plants RU2230377C2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000128751/06A RU2230377C2 (en) 2000-11-20 2000-11-20 Injector of doping macroparticles in solid hydrogen isotope shells for the rmonuclear plants
JP2001354643A JP3739697B2 (en) 2000-11-20 2001-11-20 Impurity pellet injector with solid hydrogen isotope shell for fusion devices

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000128751/06A RU2230377C2 (en) 2000-11-20 2000-11-20 Injector of doping macroparticles in solid hydrogen isotope shells for the rmonuclear plants

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2000128751A RU2000128751A (en) 2002-10-27
RU2230377C2 true RU2230377C2 (en) 2004-06-10

Family

ID=20242243

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000128751/06A RU2230377C2 (en) 2000-11-20 2000-11-20 Injector of doping macroparticles in solid hydrogen isotope shells for the rmonuclear plants

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP3739697B2 (en)
RU (1) RU2230377C2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014160128A1 (en) * 2013-03-14 2014-10-02 Lawrence Livermore National Security, Llc Friction heat management injection support rings for ife hohlraums
CN111081389B (en) * 2019-12-09 2022-08-16 中国科学院合肥物质科学研究院 Mechanism and method for injecting plasma impurities into fusion device
CN111063458B (en) * 2019-12-25 2022-08-16 中国科学院合肥物质科学研究院 Device and method for accurately calibrating plasma injection impurities
CN114974618A (en) * 2022-04-14 2022-08-30 核工业西南物理研究院 High-speed impurity projectile rotating launcher suitable for fusion device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SUDO S. et al. Tracer-encapsulated cryogenic pellet production for particle transport diagnostics. Review of Scientific Instruments, 1997, v.68, №7, p.2717-2724. *

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002202391A (en) 2002-07-19
JP3739697B2 (en) 2006-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2230377C2 (en) Injector of doping macroparticles in solid hydrogen isotope shells for the rmonuclear plants
US4904441A (en) Method of forming a pellet of condensed gas and a pellet injector for injecting the same into a reactor
RU2319679C2 (en) Method and installation used for manufacture of the carbonic products from the workpieces consisting of the parent substance concerning carbon
RU2412420C1 (en) Device to cool barrels of small arms and cannon armament systems
Fisher et al. Tritium pellet injector results
US3395302A (en) Vapor target for particle accelerators
Khlopenkov et al. Production and acceleration of tracer encapsulated solid pellets for particle transport diagnostics
Kaufmann Review on pellet fuelling
Combs et al. Solidification and acceleration of large cryogenic pellets relevant for plasma disruption mitigation
Kuteev Pellet-injection-based technologies for fusion reactors
JP2002148377A (en) Method for continuously generating and packing deuterium ice
US3626046A (en) Method of making a solidified disc from material which is a gas at room temperature
JPS6319837Y2 (en)
Kreutz Pellet delivery for the conceptual inertial confinement fusion reactor HIBALL
CN110679208B (en) Thin plate type heat pipe using pipe body and method for manufacturing the same
Combs et al. Development of hydrogen pellet injectors at ORNL
JP2717172B2 (en) Ion neutralizer
Vinyar et al. Multibarrel injectors of fuel pellets for injection into plasmas of the HL-1M, HT-6M, and T-10 tokamaks
RU2119687C1 (en) Continuous-action light-gas injector for fusion fuel pellets
CN113621798B (en) Zinc sulfate purification system based on high temperature high pressure zinc powder
RU2000128751A (en) IMPURTER OF IMPURITY MACROPARTICLES IN SHELLS FROM SOLID HYDROGEN ISOTOPES FOR THERMONUCLEAR INSTALLATIONS
CN103220875A (en) Inertial static confinement type target-free neutron tube
SU1250076A1 (en) Pill injector
Fisher et al. Tritium pellet injector results
JPH0533994Y2 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20051121