Тепло- и массообмен при конденсационном формировании таблеток водорода и испарении их в плазме токамака

• Автор: Скобликов, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Ленинград
• Количество страниц: 196 c. : ил

ГЛАВА I. Методы поддержания материального баланса

термоядерного токамака-реактора

1.1. Ввод топлива в термоядерные реакторы типа токамака

1.2. Способы ускорения топливных таблеток

1.3. Механизм испарения таблетки в плазме

1.4. Взаимодействие табдетод с плазмой токамака

ГЛАВА 2. Инжектор топливных таблеток

2.1. Конструкция инжектора

2.2. Формирование и ускорение топливных таблеток

2.3. Модель формирования таблеток из твердого водорода и дейтерия

ГЛАВА 3. Влияние инжекции водородных таблеток на

плазму токамака Т
3.1. Границы устойчивости плазмы при инжекции
3.2. Влияние инжекции на основные характеристики разряда
3.3. Процессы переноса в плазме после инжекции
ГЛАВА 4. Тепломассообмен водородной таблетки с плазмой токамака
4.1. Модель испарения таблетки в высокотемпературной плазме

4.2. Экспериментальное и расчетное определение глубины проникновения таблеток в плазму токамака
4.3. Испарение топливных таблеток в плазме
Т-Ю
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ Решениями ХХУ1 съезда КПСС, планами дальнейшего развития народного хозяйства СССР предусматривается интенсивное развитие наиболее перспективных способов производства энергии и особенно атомной и термоядерной энергетики. Для решения задач по осуществлению управляемого термоядерного синтеза необходимо обеспечить длительное поддержание термоядерной реакции в энергетической установке соответствующего типа. Из разрабатываемых установок наиболее перспективными являются реакторы типа токамак. На данной стадии их разработки одной из важнейших становится проблема организации подпитки работающего реактора термоядерным топливом. Именно этой проблеме и посвящена настоящая работа.
Анализ и сопоставление различных способов ввода топлива позволили заключить, что наиболее предпочтительным оказывается метод ввода замороженных таблеток изотопов водорода. Топливные таблетки с характерным размером в несколько миллиметров должны инжектироваться в плазму со скоростью от нескольких сот метров до километров в секунду - тем большей, чем больше размер камеры реактора и выше параметры плазмы. Такой способ, несмотря на более сложную технику, имеет ряд преимуществ по сравнению, например, с существовавшим до настоящего времени методом напуска газообразного топлива: топливо вводится в плазму без потерь, снижается нагрузка на систему откачки и очистки топлива, удается активно воздействовать на профили концентрации и температуры плазмы, а также плотности тока.
Техническая реализация ввода топлива в токамаки с помощью топливных таблеток потребовала решения ряда сложных задач. Более двадцати лет прошло с момента первого предложения Спитцера /I/ об использовании топливных таблеток (1954г.) до начала экспери-

зарядника, что будет описано ниже. Кольцевая щель, образованная трубками 27 и 33, используется для подвода к легкогазовой пушке водорода, поступающего от системы подачи газа 2 (Рис.2Л) к трубке 34 (Рис.2.2) инжектора. Вакууммирование водородного тракта на выходе вала зарядника производится с помощью уплотнения Вильсона 35. ствол легкогазовой пушки уплотняется на выходе инжектора муфтой в центровочном узле 36. Для уменьшения тепло-притоков по несущей трубке к ней приварен азотный экран 37.
При установке фланца 5 с прикрепленной к нему пушкой азотный экран 37 несущей трубки входит в соответствующее отверстие азотного экрана II. При этом обеспечивается хороший тепловой контакт азотных экранов для интенсивного охлаждения азотного экрана 37 с несущей трубкой 27. Точка крепления азотного экрана 37 с несущей трубкой 27 удалена от пушки на максимально возможное расстояние для уменьшения градиента температуры и теплового потока к пушке. В зоне контакта азотного экрана 37 с несущей трубкой на вале зарядника, проходящего внутри несущей трубки, имеется контактное кольцо для формирования вдоль вала 33 профиля температур, близкого к профилю температуры несущей трубки. Для увеличения расстояния от пушки до точки касания ствола 3 с азотным экраном предусмотрен съемный экран 38.
Измерение температуры пушки осуществляется полупроводниковыми криогенными термометрами сопротивления (термисторами) типа ТПК-5І ЭВ с погрешностью не более 0,01 К. Три термистора 39,40 и 41 размещены, соответственно, вблизи теплообменника 22, начала ствола и места выхода ствола из корпуса пушки. Сигналы термисторов выводятся из вакуумной камеры через многоштырьковый электрический разъем, размещенный на фланце 5. Этот же электрический разъем использован для подачи питания на нагреватель 42, закрепленный на корпусе пушки.