RU2635660C1 - Способ доставки криогенных топливных мишеней для лазерного термоядерного синтеза - Google Patents
Способ доставки криогенных топливных мишеней для лазерного термоядерного синтеза Download PDFInfo
- Publication number
- RU2635660C1 RU2635660C1 RU2016147992A RU2016147992A RU2635660C1 RU 2635660 C1 RU2635660 C1 RU 2635660C1 RU 2016147992 A RU2016147992 A RU 2016147992A RU 2016147992 A RU2016147992 A RU 2016147992A RU 2635660 C1 RU2635660 C1 RU 2635660C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carrier
- transport channel
- cryogenic fuel
- fuel targets
- ktm
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21B—FUSION REACTORS
- G21B1/00—Thermonuclear fusion reactors
- G21B1/11—Details
- G21B1/19—Targets for producing thermonuclear fusion reactions, e.g. pellets for irradiation by laser or charged particle beams
-
- 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)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
- Non-Mechanical Conveyors (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу доставки криогенных топливных мишеней (КТМ) для энергетических систем, работающих по схеме управляемого инерциального термоядерного синтеза (ИТС). В заявленном способе размещают каждую из криогенных топливных мишеней в носитель и продвигают носитель вдоль транспортного канала в зону управляемого инерциального термоядерного синтез. Носитель выполняют с использованием сверхпроводящего материала, а в транспортном канале формируют магнитное поле, обеспечивающее левитацию носителя над поверхностью транспортного канала. Техническим результатом является бесконтактная доставка криогенных топливных мишеней в камеру без риска останова носителя, порчи КТМ от нагрева, а также риска загрязнения атмосферы самой реакторной камеры движущим газом. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу доставки криогенных топливных мишеней (КТМ) для энергетических систем, работающих по схеме управляемого инерциального термоядерного синтеза (ИТС).
Уровень техники
В настоящее время известны различные способы доставки КТМ в камеру взаимодействия реактора ИТС.
Так, в патенте РФ № 2484545 (опубл. 10.06.2013) описан способ пневматической транспортировки тритийвоспроизводящих детекторов в канале наработки трития бланкета термоядерного реактора. Этот способ гарантирует отсутствие выбросов в атмосферу тритийсодержащего газа при одновременном сокращении расхода газового рабочего тела. Однако при использовании данного пневматического способа доставки КТМ остается риск загрязнения атмосферы самой реакторной камеры движущим газом.
Аналогичный способ раскрыт в публикации международной заявки WO 88/02175 (опубл. 24.03.1988).
В патенте Великобритании № 1386988 (опубл. 12.03.1975) описан способ установки топливной таблетки в возбуждаемом лазером термоядерном реакторе. В этом способе топливные мишени свободно падают в камеру, однако отсутствуют сведения о способе их доставке к области, откуда происходит их падение. Такую доставку можно было бы осуществить, перемещая носители с топливными мишенями в ускоряющей трубке под действием электромагнитов. Однако данный способ ускорения носителя с мишенью имеет следующие недостатки: если зазор между стенкой носителя и ускоряющей трубкой достаточно мал (меньше 10 мкм), то трение стенки носителя о стенку трубки вызывает нежелательный нагрев носителя и криогенной мишени, что приводит к порче мишени; если зазор между стенкой носителя и ускоряющей трубкой сделать больше, то появляется угроза расклинивания носителя внутри трубки и остановки движения.
Раскрытие изобретения
Цель настоящего изобретения состоит в разработке такого способа доставки КТМ в камеру реактора термоядерного синтеза, который преодолевал бы недостатки аналогов и гарантировал бы бесконтактную доставку криогенных топливных мишеней в камеру без риска останова носителя, порчи КТМ от нагрева, а также риска загрязнения атмосферы самой реакторной камеры движущим газом.
Для решения указанной задачи и достижения упомянутого технического результата в настоящем изобретении предложен способ доставки криогенных топливных мишеней для управляемого инерциального термоядерного синтеза, в котором: размещают каждую из криогенных топливных мишеней в носитель; продвигают носитель вдоль транспортного канала в зону управляемого инерциального термоядерного синтеза; при этом носитель выполняют из сверхпроводящего материала, а в транспортном канале формируют магнитное поле, обеспечивающее левитацию носителя над поверхностью транспортного канала.
Особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что в качестве сверхпроводящего материала могут использовать высокотемпературный сверхпроводник.
Другая особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что носитель могут либо выполнять из высокотемпературного сверхпроводника, либо использовать высокотемпературный сверхпроводник для выполнения слоя на поверхности носителя, либо в материал носителя могут включать частицы высокотемпературного сверхпроводника.
Еще одна особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что магнитное поле могут формировать так, что его напряженность на краях транспортного канала в поперечном сечении выше, чем в середине.
Еще одна особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что в носителе могут размещать несколько криогенных топливных мишеней.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение иллюстрируется приложенными чертежами, на которых одинаковые или сходные элементы обозначены одними и теми же ссылочными позициями.
На Фиг. 1 показано сечение криогенной топливной мишени.
На Фиг. 2 продемонстрирован вид криогенной топливной мишени, размещенной в носителе.
На Фиг. 3 представлено возможное выполнение линейного транспортного канала.
На Фиг. 4 проиллюстрировано распределение индукции магнитного поля в поперечном сечении линейного транспортного канала по Фиг. 3.
На Фиг. 5 представлено возможное выполнение кольцевого транспортного канала.
На Фиг. 6 проиллюстрировано распределение индукции магнитного поля в поперечном сечении кольцевого транспортного канала по Фиг. 5.
Подробное описание вариантов осуществления
В энергетических системах, работающих по схеме управляемого инерциального термоядерного синтеза (ИТС), в качестве источника энергии для нагрева и сжатия криогенных топливных мишеней (КТМ) используется специальный драйвер: мощный лазер, источник ионных пучков или Z-пинч.
Непременным условием построения фабрики мишеней для обеспечения работы реактора ИТС является формирование и доставка КТМ с высокой частотой (I.V. Aleksandrova, et al. Pilot Target Supply System Based on the FST Technologies: Main Building blocks, Layout Algorithms and Results of the Testing Experiments. Plasma & Fusion Research 8 (2), 3404052 (2013)).
На Фиг. 1 показано сечение КТМ по настоящему изобретению. КТМ представляет собой полую сферу из криогенного слоя водородного топлива 2, покрытого полимерной оболочкой 3 (ссылочной позицией 1 обозначена полость внутри КТМ).
Процесс доставки КТМ имеет особенности, которые заключаются в требованиях на частотность доставки (1-10 Гц), точность доставки (±20 мкм) и температурный режим доставки, согласно которому КТМ в момент облучения лазером должна иметь температуру не выше 18,5°K. При этом температура стенки самой реакторной камеры может быть очень высокой. К примеру, для камеры реактора SOMBRERO эта величина равна 1758°K (D.T. Goodin, et al. Developing target injection and tracking for inertial fusion energy power plants. Nuclear Fusion 44, S254 (2004)). Кроме того, на стадии ускорения в инжекторе КТМ может испытывать перегрузки порядка 500-1000 g. Именно поэтому перемещение КТМ осуществляется в специальном цилиндрическом носителе 4 (Фиг. 2) - саботе. Носитель 4 (сабот) передает импульс движения на КТМ при ее ускорении до требуемых скоростей инжекции (~400 м/с).
Чтобы исключить выделение тепла из-за трения носителя 4 (сабота) о стенки направляющей трубки инжектора, в настоящем изобретении предложено выполнять носитель 4 из сверхпроводящего материала, а в транспортном канале формировать магнитное поле, обеспечивающее левитацию носителя 4 над транспортным каналом.
В качестве сверхпроводящего материала для изготовления носителя 4 использован так называемый Y123-слой, представляющий собой композит из вязкого полимера со встроенными микрочастицами сверхпроводящей керамики размером от 10 до 50 мкм (I.V. Aleksandrova, et al. HTSC maglev systems for IFE target transport applications. J. Russian Laser Research 35 (2), 15 (2014)). Сверхпроводящая керамика состава YВа2Сu3O7-X, приготовленная методом твердофазных реакций, имеет температуру сверхпроводящего перехода ТC=91°K. Поскольку эта температура выше температуры кипения жидкого азота (77°K), данный сверхпроводящий материал является высокотемпературным сверхпроводником.
Носитель 4 может быть изготовлен полностью из такого материала, либо на поверхности носителя 4 может быть выполнен слой из такого материала, либо частицы такого материала могут быть включены в материал самого носителя 4. Специалистам понятно, что в носителе 4 по Фиг. 2 могут быть размещены несколько (две или более) КТМ.
Возможные варианты осуществления транспортного канала показаны на Фиг. 3 и 5, а распределение магнитного поля в этих транспортных каналах приведено на Фиг. 4 и 6, соответственно.
Линейный транспортный канал (Фиг. 3) выполнен из постоянных магнитов 11-13 и ферромагнетиков 14-16 (на Фиг. 3 ось X соответствует направлению перемещения носителя 4). При таком выполнении транспортного канала распределение магнитного поля (магнитной индукции В) в поперечном направлении (по оси Y) представляет собой магнитную ловушку - потенциальную яму с плоским дном (Фиг. 4), что позволяет, во-первых, поддерживать носитель 4 над транспортным каналом, а во-вторых, удерживать его от соскальзывания вбок с транспортного канала в процессе перемещения.
Кольцевой транспортный канал 20 (Фиг. 5) выполнен из постоянных магнитов 21 (стрелками с буквами S и N показаны его полюса) и ферромагнетиков 22-25. Распределение магнитного поля в поперечном сечении кольцевого транспортного канала с таким выполнением показано на Фиг. 6. Характерные впадины на краях этого распределения соответствуют местоположению постоянных магнитов 21, благодаря чему носитель 4 при перемещении по кольцу удерживается от скатывания с него в боковом направлении.
Таким образом, настоящее изобретение гарантирует бесконтактную доставку криогенных топливных мишеней в камеру инерциального термоядерного синтеза вдоль заданной траектории без нежелательного нагрева криогенных топливных мишеней и без риска загрязнения атмосферы самой реакторной камеры движущим газом ввиду его отсутствия.
Claims (10)
1. Способ доставки криогенных топливных мишеней для управляемого инерциального термоядерного синтеза, в котором:
- размещают каждую из упомянутых криогенных топливных мишеней в носитель;
- продвигают упомянутый носитель вдоль транспортного канала в зону упомянутого управляемого инерциального термоядерного синтеза;
- при этом упомянутый носитель выполняют с использованием сверхпроводящего материала, а в упомянутом транспортном канале формируют магнитное поле, обеспечивающее левитацию упомянутого носителя над поверхностью упомянутого транспортного канала.
2. Способ по п. 1, в котором в качестве упомянутого сверхпроводящего материала используют высокотемпературный сверхпроводник.
3. Способ по п. 2, в котором упомянутый носитель выполняют из упомянутого высокотемпературного сверхпроводника.
4. Способ по п. 2, в котором на поверхности упомянутого носителя выполняют слой из упомянутого высокотемпературного сверхпроводника.
5. Способ по п. 2, в котором в материал упомянутого носителя включают частицы упомянутого высокотемпературного сверхпроводника.
6. Способ по п. 1, в котором упомянутое магнитное поле формируют так, что его напряженность на краях упомянутого транспортного канала в его поперечном сечении выше, чем в середине.
7. Способ по п. 1, в котором в упомянутом носителе размещают не менее двух упомянутых криогенных топливных мишеней.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016147992A RU2635660C1 (ru) | 2016-12-07 | 2016-12-07 | Способ доставки криогенных топливных мишеней для лазерного термоядерного синтеза |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016147992A RU2635660C1 (ru) | 2016-12-07 | 2016-12-07 | Способ доставки криогенных топливных мишеней для лазерного термоядерного синтеза |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2635660C1 true RU2635660C1 (ru) | 2017-11-15 |
Family
ID=60328507
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016147992A RU2635660C1 (ru) | 2016-12-07 | 2016-12-07 | Способ доставки криогенных топливных мишеней для лазерного термоядерного синтеза |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2635660C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2727925C1 (ru) * | 2019-11-27 | 2020-07-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) | Способ доставки криогенной топливной мишени для управляемого инерциального термоядерного синтеза, система и носитель |
| CN111863285A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-10-30 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 深冷靶低温吸附抑制装置 |
| RU2769777C1 (ru) * | 2021-08-27 | 2022-04-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) | Способ и система доставки криогенной топливной мишени для управляемого инерциального термоядерного синтеза |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1386988A (en) * | 1971-12-23 | 1975-03-12 | Atomic Energy Commission | Method of mounting a fuel pellet in a laser-excited fusion reactor |
| WO1988002175A1 (en) * | 1986-09-08 | 1988-03-24 | Forskningscenter Risø | Method for the injection of fuel pills in a fusion plasma |
| RU2484545C1 (ru) * | 2011-11-30 | 2013-06-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Система для пневматической транспортировки тритийвоспроизводящих детекторов в канале наработки трития бланкета термоядерного реактора |
| CN103903653A (zh) * | 2012-12-24 | 2014-07-02 | 核工业西南物理研究院 | 活塞式挤压弹丸制备装置 |
-
2016
- 2016-12-07 RU RU2016147992A patent/RU2635660C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1386988A (en) * | 1971-12-23 | 1975-03-12 | Atomic Energy Commission | Method of mounting a fuel pellet in a laser-excited fusion reactor |
| WO1988002175A1 (en) * | 1986-09-08 | 1988-03-24 | Forskningscenter Risø | Method for the injection of fuel pills in a fusion plasma |
| RU2484545C1 (ru) * | 2011-11-30 | 2013-06-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Система для пневматической транспортировки тритийвоспроизводящих детекторов в канале наработки трития бланкета термоядерного реактора |
| CN103903653A (zh) * | 2012-12-24 | 2014-07-02 | 核工业西南物理研究院 | 活塞式挤压弹丸制备装置 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2727925C1 (ru) * | 2019-11-27 | 2020-07-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) | Способ доставки криогенной топливной мишени для управляемого инерциального термоядерного синтеза, система и носитель |
| CN111863285A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-10-30 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 深冷靶低温吸附抑制装置 |
| CN111863285B (zh) * | 2020-06-24 | 2022-03-25 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 深冷靶低温吸附抑制装置 |
| RU2769777C1 (ru) * | 2021-08-27 | 2022-04-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) | Способ и система доставки криогенной топливной мишени для управляемого инерциального термоядерного синтеза |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2635660C1 (ru) | Способ доставки криогенных топливных мишеней для лазерного термоядерного синтеза | |
| Yoshida et al. | Magnetospheric vortex formation: self-organized confinement of charged particles | |
| EA006325B1 (ru) | Способ и устройство магнитного и электростатического удержания плазмы в конфигурации с обращенным полем | |
| Lehrach et al. | Beam performance and luminosity limitations in the high-energy storage ring (HESR) | |
| Holmes et al. | The legacy of the Tevatron in the area of accelerator science | |
| Koresheva et al. | HTSC maglev systems for IFE target transport applications | |
| Aleksandrova et al. | A high-pinning-Type-II superconducting maglev for ICF target delivery: main principles, material options and demonstration models | |
| Kubo et al. | Fuel pellet alignment in heavy-ion inertial fusion reactor | |
| CN105848402A (zh) | 一种扫描靶 | |
| Raman | Advanced fuelling system for ITER | |
| RU2727925C1 (ru) | Способ доставки криогенной топливной мишени для управляемого инерциального термоядерного синтеза, система и носитель | |
| Hesse et al. | On the cessation of magnetic reconnection | |
| Nakamura et al. | Fuel pellet injection into heavy-ion inertial fusion reactor | |
| Stoneking et al. | Toward a compact levitated superconducting dipole for positron-electron plasma confinement | |
| US6606370B1 (en) | System for the storage and transportation of anti-matter | |
| Gourlay et al. | Superconducting magnets and their applications | |
| Aleksandrova et al. | On the possibility of developing the non-contact delivery system for cryogenic thermonuclear target transport to the IFE reactor | |
| Aleksandrova et al. | On the use of the second-generation HTSC tapes in cryogenic transport systems for IFE targets | |
| Aleksandrova et al. | HTSC Maglev Ring System for Noncontact Acceleration and Injection of Cryogenic Fuel Targets into the Laser Focus of an ICF Facility | |
| Kapetanakos et al. | Formation of field− reversing ion rings using microsecond ion pulses | |
| Kii et al. | Design study on high-Tc superconducting micro-undulator | |
| Aleksandrova et al. | Htsc Guide for Noncontact Transport of Cryogenic Fuel Targets Using a Magnetic Carrier | |
| Aleksandrova et al. | Development of hybrid transport systems for delivering cryogenic fusion targets into focus of high-power laser system or ICF reactor | |
| Aleksandrova et al. | Delivery of an HTSC-coated levitated cryogenic target | |
| Deng et al. | Superconducting bulk magnet for maglev vehicle: Stable levitation performance above permanent magnet guideway |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181208 |