УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ ВНУТРИКАМЕРНЫХ КОМПОНЕНТОВ С ВАКУУМНЫМ КОРПУСОМ ТЕРМОЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
DEVICE FOR ELECTRICAL CONNECTING INTRACHAMBER COMPONENTS WITH VACUUM CASE OF THERMONUCLEAR REACTOR

Изобретение относится к термоядерной технике и может быть применено в устройствах для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора.
Известно устройство для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора, содержащее установленные в единый пакет токопроводящие пластины с разнонаправленными участками поверхности, выполненными между фланцами для крепления к внутрикамерному компоненту и вакуумному корпусу (International Atomic Energy Agency (МАГАТЭ), Vienna, 2002 ITER TECHNICAL BASIS, ITER EDA Documentation series No. 24, Plant Description Document, Chapter 2.3, Page 10 - 2.3.4.3 Electrical Connection, Figure 2.3.4-4 One Strap of the Electrical Connection).
В известном устройстве поверхность пластин с разнонаправленными участками имеет Г-образную форму и снабжена перфорацией. Пластины вложены одна в другую с образованием П-образного единого пакета. В известном устройстве перфорация и сгибы пластин не обеспечивают достаточной податливости пакета токопроводящих пластин в направлении, нормальном плоскости боковых частей. Кроме этого, поскольку токопроводящие пластины имеют вертикально направленные участки, по которым ток течет перпендикулярно главной (тороидальной) составляющей магнитного поля, это может привести к большим электромагнитным усилиям, действующим на устройство.
Недостатком известного устройства является ограниченная токовая нагрузочная способность при прохождении через него тока при срыве плазмы. Ток, текущий перпендикулярно магнитному полю (максимальное значение тороидальной составляющей магнитного поля токамака может быть около 9 Тл), вызывает значительное усилие на устройство, достигающее несколько десятков кН. Максимальное усилие действует на проводник, расположенный перпендикулярно полю. Таким образом, токовая нагрузочная способность известного устройства ограничена величиной податливости пакета пластинчатых токопроводящих элементов, величиной тороидальной составляющей магнитного поля термоядерного реактора и наличием токоведущих участков устройства, перпендикулярных полю.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к изобретению является устройство для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора, содержащее токопроводящие пластины, имеющие форму симметричной волны по меньшей мере одного полного периода, вложенные одна в другую в единый пакет и соединенные с фланцами для крепления к внутрикамерному компоненту и вакуумному корпусу (патент РФ №2579444, МПК G21B 1/17, опубл. 10.04.2016).
Недостатком известного устройства является уменьшенная токовая нагрузочная способность при прохождении через него непостоянного (переменного или импульсного) тока. Это объясняется тем, что токопроводящие пластины, расположенные в центре пакета, проводят существенно меньший непостоянный ток, чем пластины, расположенные снаружи пакета, причиной этого является поверхностный или скин-эффект. Кроме того, недостатком известного устройства является уменьшенная токовая нагрузочная способность, связанная с местными увеличениями плотности тока в токопроводящих пластинах в местах соединения (перехода) пластин с фланцами, т.е. наиболее близких к местам подвода-отвода тока. Это объясняется тем, что пластины в пакете расположены так, что образующая симметричной волны пластины лежит в плоскости, перпендикулярной контактным поверхностям фланцев.
Задачей настоящего изобретения является повышение токовой нагрузочной способности устройства для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора при прохождении через токопроводящие пластины непостоянного (переменного или импульсного) тока.
Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение практически одинакового для всех токопроводящих пластин устройства действия скин-эффекта. Кроме этого, техническим результатом является уменьшение силы притяжения крайних пластин к центральным (силы притяжения проводников с однонаправленным током) и обеспечение равномерного распределения плотности тока в каждой токопроводящей пластине.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора, содержащем токопроводящие пластины, имеющие форму симметричной волны по меньшей мере одного полного периода, вложенные одна в другую в единый пакет и соединенные с фланцами для крепления к внутрикамерному компоненту и вакуумному корпусу, согласно заявленному изобретению устройство снабжено вторым идентичным пакетом токопроводящих пластин, при этом упомянутые пакеты установлены зеркально-симметрично относительно линии, проходящей через центры симметрии фланцев.
Кроме этого, пластины в пакетах расположены так, что образующая волны токопроводящей пластины лежит в плоскости, параллельной контактным поверхностям фланцев.
Наличие двух пакетов в устройстве уменьшает силы притяжения крайних токопроводящих пластин к центральным токопроводящим пластинам (силы притяжения проводников с однонаправленным током), поскольку число пластин в пакете в два раза меньше, чем в устройстве в целом. Зеркально-симметричное расположение двух пакетов пластин и расположение пластин по образующей в плоскости, параллельной контактным поверхностям фланцев, позволяет минимизировать связанную со скин-эффектом неравномерность распределения тока по пластинам. Кроме этого, конструкция заявленного устройства обеспечивает реализацию в нем Z-образной схемы его подключения, что гарантирует максимальную равномерность распределения тока между пластинами. Указанные технические эффекты позволяют увеличить нагрузочную способность устройства, либо уменьшить его габариты при той же нагрузочной способности, что в прототипе.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено устройство для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора (вид сбоку), на фиг. 2 показано то же устройство (вид в плане), на фиг. 3. показано устройство в изометрическом виде, на фиг. 4 представлена схема Z-образного течения тока по устройству.
Устройство для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора содержит два идентичных пакета токопроводящих пластин 1 и фланцы 2, 3 для крепления к вакуумному корпусу 4 и внутрикамерному компоненту 5 соответственно. Упомянутые пакеты установлены зеркально-симметрично относительно линии, проходящей через центры симметрии фланцев 2, 3. Токопроводящие пластины 1 имеют форму симметричной волны по меньшей мере одного полного периода. В зависимости от требований компоновки поверхность токопроводящих пластин 1 может иметь форму симметричной волны более одного полного периода. В каждом пакете токопроводящие пластины 1 вложены одна в другую выступом в соответствующую впадину и соединены с фланцами 2, 3 для крепления к внутрикамерному компоненту 4 и вакуумному корпусу 5, например, посредством механического, паяного или сварного соединения, либо выполнены с ними заодно (из единой заготовки). Пластины 1 в пакетах расположены так, что образующая симметричной волны токопроводящей пластины 1 проходит в плоскости, параллельной контактным поверхностям фланцев 2 и 3. Во фланцах 2 и 3 выполнены монтажные отверстия для крепления к вакуумному корпусу 4 и внутрикамерному компоненту 5 (модулю бланкета) реактора.
Устройство работает следующим образом.
При срыве плазмы от внутрикамерного компонента 5 к вакуумному корпусу 4 термоядерного реактора необходимо отвести большой нестационарный электрический ток, меняющийся на некоторых режимах с частотой, вызывающей резко выраженный скин-эффект. От внутрикамерного компонента 5 ток течет в устройство через фланец 2. От фланца 2 ток течет по устройству через два пакета токопроводящих пластин 1 к фланцу 3. От устройства через фланец 3 ток течет в вакуумный корпус термоядерного ректора 4. При протекании тока по токопроводящим пластинам 1 за счет наличия двух пакетов и расположения токопроводящих пластин 1 образующими параллельно контактным поверхностям фланцев 2 и 3 для всех токопроводящих пластин 1 устройства достигается практически одинаковое действие скин-эффекта. Кроме этого, силы притяжения крайних токопроводящих пластин 1 к центральным, связанные с однонаправленным током, уменьшены для токопроводящих пластин 1, собранных в два пакета по сравнению с одним пакетом, а также обеспечено равномерное распределение плотности тока в каждой токопроводящей пластине 1.