RU9545U1

RU9545U1 - ENERGY CONVERSION SYSTEM OF THE THERMO-NUCLEAR REACTOR TYPE TOKAMAK, COOLED BY THE LEAD-LITHIUM EUTECTIC

Info

Publication number: RU9545U1
Application number: RU98109738/20U
Authority: RU
Inventors: А.В. Безносов; А.А. Бутов; Л.А. Попкова; П.В. Романов
Original assignee: Нижегородский государственный технический университет
Priority date: 1998-05-26
Filing date: 1998-05-26
Publication date: 1999-03-16

Abstract

Система преобразования энергии термоядерного реактора типа ТОКАМАК, охлаждаемого эвтектикой свинец-литий, содержащая бланкет реактора, включающий плазменную камеру с каналами охлаждения свинец-литиевым теплоносителем, напорную и сливную аккумулирующие емкости, теплообменник, циркуляционный насос, объединенные трубопроводами в основной циркуляционный контур, отличающаяся тем, что на байпасе циркуляционного насоса установлен эжектор, суженная часть которого подключена к паровому объему парообразующей емкости с литием, снабженной электронагревателем.The energy conversion system of a TOKAMAK-type thermonuclear reactor cooled by a lead-lithium eutectic, containing a blanket of the reactor, including a plasma chamber with cooling channels with a lead-lithium coolant, a pressure head and drain storage tanks, a heat exchanger, a circulation pump, connected by pipelines into the main circulation loop, characterized by that an ejector is installed on the bypass of the circulation pump, the narrowed part of which is connected to the steam volume of a steam-generating vessel with lithium, equipped with an electric heater.

Description

СИСТЕМА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ТЕРМОЯДЕРНОГО РЕАКТОРА ТИНА TOICAMAK, ОХЛАЖДАЕМОГО ЭВТЕКТИКОЙTIC TOICAMAK TEMA-NUCLEAR COOLED ENERGY CONVERTER SYSTEM, COOLED BY EUTECTIC

СВИНЕЦ-ЛИТИЙ.LEAD-LITHIUM.

Нредполагаемая полезная модель относится к ядерной технике и может быть применена в термоядерных установках с охлаждением эвтектикой свинеп-литий.The proposed utility model relates to nuclear engineering and can be used in thermonuclear installations with eutectic cooling of pig-lithium.

Известна система преобразования энергии термоядерного реактора типа ТОКАМАК (свидетельство РФ на полезнз ю модель № 4182,6G21B1/00,1997 г.) - прототип.A known system of energy conversion of a thermonuclear reactor type TOKAMAK (certificate of the Russian Federation for useful model No. 4182.6G21B1 / 00.1997) is a prototype.

Система преобразования энергии термоядерного реактора типа ТОКАМАК содержит бланкет реактора с каналами охлаждения жидкометаллическим теплоносителем, напорную и сливную аккумулирующие емкости, теплообменник, циркуляционный насос с напорным патрубком, входной и выходной коллекторы каналов охлаждения бланкета.The energy conversion system of a TOKAMAK-type fusion reactor contains a reactor blanket with cooling channels for liquid metal coolant, pressure and drain storage tanks, a heat exchanger, a circulation pump with a pressure pipe, and input and output collectors of the blanket cooling channels.

Недостатком этой системы с использованием свинец-литиевой эвтектики является отсзггствие устройства, позволяющего осуществлять восполнение лития, расходуемого в нейтронном поле бланкета на производство сырьевого материала для реактора трития. Образование свинец-литиевой эвтектики является достаточно сложным металлургическим процессом, проходящим при нагревании смеси этих металлов через ряд чередующихся фаз, причем эвтектика может быть образована только при нагревании до температуры более 800 °С. Возникает следующее техническое противоречие. С одной стороны концепция применения свинец-литиевой эвтектики для охлаждения ТОКАМАКА обусловлена больщей безопасностью, чем, например, в случае использования для этого чистого лития, условий работы с сохранением наработки трития из лития, входящего в состав эвтектики. С другой стороны уменьшение процентного содержания лития в расплаве приводит к отклонению от эвтектического состава, возрастанию температуры плавления расплава и другим негативным эффектам. Для разрешения этого противоречия необходимо техническое решение, позволяющее поддерживать эвтектический состав жидкометаллического теплоносителя в контуре без его нагрева до температур более 800 °С, не удовлетворяющих требованиям стойкости конструкционных материалов. Локальное повышение содержания лития в расплаве большем эвтектического (в какой-либо емкости), а затем размешивание этого расплава с общим объемом расплава в контуре с содержанием лития ниже эвтектического также недопустимо, так как при этом будет смесь неэвтектических фаз, а дляThe disadvantage of this system using lead-lithium eutectic is the lack of a device that allows replenishment of lithium consumed in the neutron field of the blanket for the production of raw material for the tritium reactor. The formation of lead-lithium eutectic is a rather complex metallurgical process that takes place when a mixture of these metals is heated through a series of alternating phases, and a eutectic can be formed only when heated to a temperature of more than 800 ° C. The following technical contradiction arises. On the one hand, the concept of using lead-lithium eutectic for cooling TOKAMAKA is due to greater safety than, for example, in the case of using pure lithium for this, working conditions while maintaining tritium production from lithium, which is part of the eutectic. On the other hand, a decrease in the percentage of lithium in the melt leads to a deviation from the eutectic composition, an increase in the melting temperature of the melt, and other negative effects. To resolve this contradiction, a technical solution is needed that allows you to maintain the eutectic composition of the liquid metal coolant in the circuit without heating it to temperatures above 800 ° C, which do not satisfy the requirements of resistance of structural materials. A local increase in the lithium content in a melt larger than eutectic (in any container), and then stirring this melt with the total melt volume in a circuit with a lithium content below the eutectic, is also unacceptable, since there will be a mixture of non-eutectic phases, and for

Мкл G21 В 1/00Μl G21 V 1/00

образования эвтектики потребуется нагревание всего объема расплава до температур более 800 °С, что недопустимо.The formation of a eutectic will require heating the entire melt volume to temperatures above 800 ° C, which is unacceptable.

Задачей предполагаемой полезной модели является восполнение лития, расходуемого на производство сырьевого материала - трития.The objective of the proposed utility model is to replenish lithium consumed in the production of the raw material tritium.

Технический результат заключается в сохранении эвтектического состава расплава свинец-литий во все время эксплуатации контура.The technical result consists in maintaining the eutectic composition of the lead-lithium melt during the entire operation of the circuit.

Технический результат данной полезной модели достигается за счет того, что в системе преобразования энергии термоядерного реактора типа ТОКАМАК, охлаждаемого эвтектикой свинец-литий, содержащей бланкет реактора, включающий плазменную камеру с каналами охлаждения свинец-литиевым теплоносителем, напорную и сливную аккумулирующие емкости, теплообменник, циркуляционный насос, объединенные трубопроводами в основной циркуляционный контур, на байпасе циркуляционного насоса, установлен эжектор, суженая часть которого подключена к паровому объему парообразующей емкости с литием, снабженной электронагревателем.The technical result of this utility model is achieved due to the fact that in the energy conversion system of a TOKAMAK-type fusion reactor cooled by a lead-lithium eutectic containing a reactor blanket, including a plasma chamber with cooling channels, lead-lithium coolant, pressure and discharge storage tanks, a heat exchanger, and a circulation a pump connected by pipelines to the main circulation circuit, an ejector is installed on the bypass of the circulation pump, the narrowed part of which is connected to the steam the volume of the vapor-generating capacity with lithium equipped with an electric heater.

Установка эжектора позволяет формировать эвтектику свинецлитий из содержащего лития меньще, чем эвтектический состав, расплава, циркулирующего через эжектор, и паров лития, подаваемых в суженую часть эжектора из парообразующей емкости с литием. Подача паров лития из парообразующей емкости может осуществляться либо постоянно, либо дискретно, по сигналам от датчиков состава расплава или по результатам анализа проб теплоносителя, отбираемого из контура. Количество подаваемого парообразного лития может регулироваться управлением мощностью электронагревателей парообразующей емкости с литием, изменением положения золотника регулирующего клапана на трубопроводе между емкостью и суженой частью эжектора или расходом теплоносителя через эжектор и, соответственно, величины разрежения в его суженой части.The installation of an ejector makes it possible to form eutectic of lead-lithium from lithium-containing less than the eutectic composition of the melt circulating through the ejector and lithium vapor supplied to the narrowed part of the ejector from a vapor-generating container with lithium. The supply of lithium vapor from a vapor-forming tank can be carried out either continuously or discretely, according to the signals from the melt composition sensors or according to the results of the analysis of samples of the coolant taken from the circuit. The amount of supplied lithium vapor can be controlled by controlling the power of electric heaters of the vapor-generating capacity with lithium, changing the position of the control valve spool in the pipeline between the container and the narrowed part of the ejector, or the flow rate of the coolant through the ejector and, accordingly, the rarefaction in its narrowed part.

Сущность предполагаемой полезной модели поясняется принципиальной схемой, приведенной на чертеже. Термоядерная электрическая установка содержит бланкет реактора, включающий плазменную камеру 1 с каналами охлаждения 2 свинец-литиевым теплоносителем, напорную емкость 3 и теплообменник 4. В основной циркуляционный контур входят также циркуляционный насос 5 и сливная емкость 6. На байпасе циркуляционного насоса 5 установлен эжектор 7 с вентилем И. Суженая часть эжектора 7 через регулирующий клапан 8 подк.пючена к паровому объему парообразующей емкости 9, снабженной электронагревателем 10.The essence of the proposed utility model is illustrated by the circuit diagram shown in the drawing. The thermonuclear electrical installation contains a reactor blanket, including a plasma chamber 1 with cooling channels 2, a lithium-lead coolant, a pressure tank 3 and a heat exchanger 4. The main circulation loop also includes a circulation pump 5 and a drain tank 6. An ejector 7 s is installed on the bypass of the circulation pump 5 valve I. The constricted part of the ejector 7 through the control valve 8 podk.puchena to the steam volume of the vaporizing tank 9, equipped with an electric heater 10.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Теплоноситель забирается циркуляционным насосом 5 из сливной емкости 6 и подается в каналы 2, где подогревается за счет реакции синтеза в плазменной камере 1. Из каналов 2 эвтектика поступает вThe operation of the device is as follows. The coolant is taken by the circulation pump 5 from the drain tank 6 and fed into the channels 2, where it is heated by the synthesis reaction in the plasma chamber 1. From the channels 2, the eutectic enters

напорную емкость 3, далее в теплообменник 4, откуда поступает в сливную емкость 6. При необходимости подпитки контура литием, определяемой по датчикам состава сплава, либо по результатам анализа состава отбираемых из контура проб, пары лития подаются в суженую часть эжектора 7 через регулирующий клапан 8 из парообразующей емкости 9. Регулирование расхода лития в суженой части эжектора 7 осуществляется либо изменением мощности электронагревателей 10, либо регулировкой клапана 8, либо за счет изменения расхода теплоносителя через эжектор подрегулировкой вентилем И на его напоре. Пары лития на молекулярном зфовне поступают в пиркулирующий теплоноситель, образуя требуемый эвтектический состав при рабочих температурах в контуре.pressure tank 3, then to heat exchanger 4, from where it enters drain tank 6. If necessary, recharge the circuit with lithium, determined by the sensors of the alloy composition, or by analyzing the composition of samples taken from the circuit, lithium vapor is fed into the narrowed part of the ejector 7 through the control valve 8 from a vapor-forming tank 9. The lithium flow rate in the narrowed part of the ejector 7 is controlled either by changing the power of the electric heaters 10, or by adjusting the valve 8, or by changing the flow rate of the coolant through the ejector gulirovkoy valve and its pressure. Molecular lithium vapors enter the circulating coolant, forming the required eutectic composition at operating temperatures in the circuit.

Достоинством предлагаемого технического рещения является то, что оно обеспечивает поддержание эвтектического состава свинецлитиевого теплоносителя при уходе из него лития с образованием трития, а также при аварийных ситуациях, связанных с попаданием кислорода, воздуха или водяных паров в теплоноситель. Эжектор данного устройства может быть использован также для ввода в поток теплоносителя примеси, формирующей электроизолирующие и защитные покрытия на конструкционных материалах контура, а также для технологических обработок контура.The advantage of the proposed technical solution is that it ensures the maintenance of the eutectic composition of the lead-lithium coolant when lithium leaves it with the formation of tritium, as well as in emergency situations associated with the ingress of oxygen, air or water vapor into the coolant. The ejector of this device can also be used to introduce impurities into the coolant stream, forming electrical insulating and protective coatings on the structural materials of the circuit, as well as for technological processing of the circuit.

Claims

The energy conversion system of a TOKAMAK-type fusion reactor cooled by lead-lithium eutectic, containing a reactor blanket, including a plasma chamber with cooling channels of lead-lithium coolant, pressure and drain storage tanks, a heat exchanger, a circulation pump, combined by pipelines into a main circulation circuit, characterized in that that an ejector is installed on the bypass of the circulation pump, the narrowed part of which is connected to the vapor volume of the vapor-generating capacity with lithium, equipped with ektronagrevatelem.