ЗАЩИТНАЯ ЧАСТЬ МОДУЛЯ БЛАНКЕТА ТЕРМОЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
PROTECTIVE PART OF FUSION-TYPE REACTOR BLANKET MODULE

Изобретение относится к области управляемого синтеза (УТС) и может быть применено в защитной части модуля бланкета термоядерного реактора.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к изобретению является защитная часть модуля бланкета термоядерного реактора, содержащая каналы для прохода теплоносителя, выполненные перпендикулярно фронтальной поверхности защитной части, и цилиндрические вставки, установленные по оси каждого канала (свидетельство РФ №26156, МПК G21B 1/00, опубл. 05.06.2002 г.).
В известном устройстве радиальные каналы, т.е. расположенные перпендикулярно фронтальной поверхности защитной части модуля, выполнены глухими и объединены параллельно в систему циркуляции теплоносителя в модуле посредством раздающих (подводящих) и собирающих (отводящих) полоидальных коллекторов, которые расположены в защитной части модуля. Вставки выполнены в виде трубок, которые снабжены крепежными фланцами с резьбой.
Прокачка теплоносителя через защитную часть модуля осуществляется следующим образом. Теплоноситель поступает в раздающий коллектор, из которого проходит через отверстие трубчатой вставки, огибает ее в торцевой части канала, проходит между вставкой и стенкой канала, поступает в собирающий коллектор и выходит из защитной части модуля.
Недостатком известной защитной части модуля является невысокий уровень теплоотдачи за счет небольших скоростей и неравномерного распределения расходов теплоносителя по каналам, что объясняется параллельной схемой разводки теплоносителя по каналам, а также паразитными пересечениями вставок с полоидальными собирающими коллекторами, которые образуют застойные зоны. Кроме этого, недостатком является невысокий уровень защиты конструктивных элементов термоядерного реактора (вакуумного корпуса и катушек магнитного поля) от нейтронного излучения плазмы, что снижает надежность упомянутых элементов. Указанный недостаток объясняется тем, что нейтронный поток проходит в радиальном направлении через цилиндрические полости каналов, заполненные по всей толщине защитной части модуля практически только водой, которая является слабым поглотителем нейтронов.
Задачей настоящего изобретения является создание защитной части модуля бланкета термоядерного реактора, которая способна в условиях высоких энерговыделений обеспечить равномерное температурное поле в течение длительной эксплуатации, обладая при этом эффективными защитными свойствами от нейтронного излучения.
Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение скорости теплоносителя в каналах за счет его последовательной подачи в каналы и винтообразной закрутки теплоносителя в каждом канале, что позволяет интенсифицировать теплоотдачу и снизить уровень термомеханических напряжений в элементах защитной части модуля. Кроме этого, техническим результатом является улучшение нейтронно-физических параметров защитной части за счет организации чередующихся слоев воды и металла по всей толщине защитной части модуля в перпендикулярном направлении к ее фронтальной поверхности. Кроме того, техническим результатом является возможность профилирования в радиальном направлении (по толщине защитной части) количества и размеров слоев воды и металла в зависимости от местоположения модуля в бланкете и в соответствии с требованиями физического расчета защитной части модуля.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной защитной части модуля бланкета термоядерного реактора, содержащей каналы для прохода теплоносителя, выполненные перпендикулярно фронтальной поверхности защитной части, и цилиндрические вставки, установленные по оси канала, каналы гидравлически последовательно соединены между собой, а вставки выполнены со сплошной винтовой гранью вдоль продольной оси.
Кроме этого, винтовая грань вставки выполнена высотой, равной радиусу вставки.
Кроме этого, последовательное соединение каналов выполнено посредством отверстий, выполненных в стенках каналов.
Гидравлически последовательное соединение каналов позволяет исключить раздающие (подводящие) и собирающие (отводящие) полоидальные коллекторы, что значительно упрощает конструкцию защитной части модуля, но при этом в отличие от прототипа позволяет обеспечить в каналах равные расходы и высокие скорости теплоносителя. Выполнение вставок со сплошной винтовой гранью вдоль продольной оси позволяет создать закрутку по ходу движения теплоносителя и увеличить скорость теплоносителя в канале, что повышает уровень теплоотдачи, а также способствует образованию профильно чередующихся слоев воды (теплоносителя) и металла вставки по толщине защитной части модуля, что увеличивает по сравнению с прототипом поглощение нейтронов в радиальном (малого радиуса тора) направлении.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана защитная часть модуля бланкета термоядерного реактора (продольный разрез).
Защитная часть модуля бланкета термоядерного реактора содержит каналы 1 для прохода теплоносителя, выполненные по толщине защитной части перпендикулярно к ее фронтальной поверхности, и цилиндрические вставки 2, установленные по оси канала 1. Вставки 2 выполнены со сплошной винтовой гранью вдоль продольной оси. Винтовая грань вставки 2 выполнена высотой, равной радиусу цилиндрической вставки 2. Каналы 1 гидравлически последовательно соединены между собой с помощью отверстий 3, 4, образуя при этом тракт для последовательного прохождения теплоносителя через все каналы 1. Отверстия 3, 4 выполнены в стенке каждого канала 1 и расположены на его входе и выходе по ходу теплоносителя. Со стороны фронтальной поверхности защитной части модуля каналы 1 закрыты крышками 5.
Устройство работает следующим образом.
В рабочем режиме термоядерного реактора горение плазмы сопровождается нейтронным и тепловым излучением. Под воздействием указанных факторов модули бланкета разогреваются. Водяной теплоноситель бланкета должен обеспечивать приемлемый температурный режим работы металлоконструкции (эффективный отвод выделяемого в бланкете тепла), а также достаточно высокий уровень температуры и подогрев теплоносителя (с точки зрения энергетики). Теплоноситель поступает в один из каналов 1 через его входное отверстие 3 и, проходя по винтовой проточке вставки 2, закручивается, увеличивая при этом теплоотдачу между стенкой канала 1 и теплоносителем. Затем теплоноситель выходит из этого канала 1 через его выходное отверстие 4 и поступает в соседний канал 1 через это же отверстие 4, которое является входным отверстием 4 соседнего канала, затем проходит по винтовой проточке вставки 2 соседнего канала 1 с той же степенью закрутки, как в предыдущем канале 1. Далее теплоноситель последовательно проходит через все каналы 1, охлаждая защитный блок модуля. Последовательное соединение каналов 1 позволяет уменьшить общий расход теплоносителя на модуль, обеспечивая при этом высокую скорость теплоносителя в каналах 1, которая способствует повышению интенсивности теплосъема и, следовательно, увеличению надежности модуля бланкета. Кроме того, замена параллельной раздачи теплоносителя по каналам, как это выполнено в известном устройстве-прототипе, на последовательную схему течения приводит к исключению паразитных и застойных зон в системе циркуляции теплоносителя, также способствует повышению интенсивности теплосъема и снижает уровень термомеханических напряжений в элементах защитной части модуля. Кроме того, заявленное изобретение позволяет значительно упростить технологию изготовления и сборки защитной части модуля бланкета термоядерного реактора.