УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАМЫКАНИЯ ВНУТРИКАМЕРНЫХ КОМПОНЕНТОВ НА ВАКУУМНЫЙ КОРПУС ТЕРМОЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

Полезная модель относится к термоядерной технике и может быть применена в устройствах для электрического замыкания внутрикамерных компонентов на вакуумный корпус термоядерного реактора.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявленной полезной модели является устройство для электрического замыкания внутрикамерных компонентов на вакуумный корпус термоядерного реактора, содержащее пластинчатые токопроводящие элементы, которые выполнены с разнонаправленными плоскими поверхностями в средней и боковых частях и установлены в единый пакет, центральная часть которого выполнена неразъемным соединением ребер средних частей пластинчатых элементов с образованием общей плоской поверхности, а периферийные части выполнены в виде ряда параллельно и с зазором расположенных боковых частей токопроводящих элементов (см. 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 токопроводящий пластинчатый элемент представляет собой сложенные в одну пластину две листовые полосы, согнутые вместе по краям. В боковых частях пластины в направлении, перпендикулярном к ее средней части, выполнена щелевая перфорация, которая позволяет осуществить закручивание частей пластины до перпендикулярного положения плоской поверхности средней части пластины относительно плоских поверхностей боковых частей, а концевые участки пластины дважды отогнуты перпендикулярно средней части к направлению перфорации боковых частей. В центральной части устройства выполнены монтажные отверстия для крепления его к вакуумному корпусу реактора, а для крепления к внутрикамерному компоненту предусмотрены отверстия, выполненные на концевых участках.
Известное устройство для электрического замыкания внутрикамерных компонентов на вакуумный корпус термоядерного реактора предназначено для «заземления» токов на корпус и должно быть работоспособно в условиях большого тороидального магнитного поля магнитной индукцией 5-9 Т и токов силой 250-300 кА. Устройство должно выдерживать большие механические нагрузки от пондеромоторных сил, перепады температур от циклического радиационного нагрева и соответствовать жестким гигиеническим требованиям глубокого вакуума. Устройство должно иметь поперечное сечение, достаточное для прохождения больших токов. Кроме этого, устройство должно характеризоваться значительной податливостью, чтобы воспринимать циклические перемещения внутрикамерного компонента относительно вакуумного корпуса и работать при этом в пределах упругой области.
Недостатком известного устройства является наличие в нем источников возможного вакуумного загрязнения в виде молекул атмосферных газов и частиц производственных остатков, которые могут содержаться в щелях токопроводящего элемента. При изготовлении известного устройства невозможно исключить образование между вкладываемыми друг в друга листовыми полосами щелей, особенно узких и протяженных, и получить токопроводящий элемент без источников псевдотечей.
Задачей настоящей полезной модели является создание устройства для электрического замыкания внутрикамерных компонентов на вакуумный корпус термоядерного реактора, позволяющего обеспечить жесткие требования по сохранению чистоты вакуума, что позволит сократить время достижения необходимых для зажигания плазмы кондиций вакуума, повысив тем самым надежность и управляемость термоядерного реактора.
Техническим результатом настоящей полезной модели является исключение выхода из устройства для электрического замыкания в вакуумную камеру не только частиц вредных примесей, полученных при его изготовлении и, возможно, содержащихся в нем, но и выхода остатков газов.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для электрического замыкания внутрикамерных компонентов на вакуумный корпус термоядерного реактора, содержащем пластинчатые токопроводящие элементы, которые выполнены с разнонаправленными плоскими поверхностями в средней и боковых частях и установлены в единый пакет, центральная часть которого выполнена неразъемным соединением ребер средних частей пластинчатых элементов с образованием общей плоской поверхности, а периферийные части выполнены в виде ряда параллельно и с зазором расположенных боковых частей токопроводящих элементов,
согласно заявленной полезной модели пластинчатый токопроводящий элемент представляет собой уплощенную трубку, щелевидная полость которой герметично закрыта сварным или паяным соединением.
Отличительные признаки, касающиеся выполнения токопроводящих элементов, позволяют не только исключить выход из устройства в вакуумную камеру частиц вредных примесей и остатков газов, содержащихся в нем, но и сохранить его работоспособность в сложных условиях большого тороидального магнитного поля магнитной индукцией 5-9 Т и токов силой 250-300 кА благодаря высоким прочностным и упругим характеристикам единого пакета изготовленных из трубок токопроводящих элементов.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено устройство для электрического замыкания (изометрический вид), на фиг.2 показан токопроводящий элемент устройства для электрического замыкания (изометрический вид), на фиг.3 показано устройство для электрического замыкания в сборе с вакуумным корпусом и внутрикамерным компонентом (продольный разрез).
Устройство для электрического замыкания внутрикамерных компонентов на вакуумный корпус термоядерного реактора содержит пластинчатые токопроводящие элементы 1, которые собраны в единый пакет. Пластинчатый токопроводящий элемент 1 представляет собой уплощенную трубку, выполненную из электропроводящего материала, при этом щелевидная полость трубки герметично закрыта сварным или паяным соединением. Пластинчатые токопроводящие элементы 1 выполнены с разнонаправленными плоскими поверхностями в средней и боковых частях, при этом средняя часть элемента 1 деформирована в одной плоскости, а примыкающие к средней части боковые части элемента 1 деформированы в перпендикулярной к ней плоскости. Центральная часть пакета выполнена неразъемным соединением ребер примыкающих частей пластинчатых элементов 1 с образованием общей плоской поверхности. Периферийные части пакета выполнены в виде ряда параллельно и с зазором 2 расположенных боковых частей токопроводящих элементов 1. Для крепления устройства к вакуумному корпусу 3 и к внутрикамерному компоненту 4 выполнены соответственно монтажные отверстия 5, 6, кромки которых для обеспечения герметизации внутреннего пространства токопроводящего элемента 1 могут быть проварены или пропаяны по периметру. Монтажные отверстия 5 выполнены в центральной части устройства. Монтажные отверстия 6 выполнены на концах устройства.
Устройство изготавливают следующим образом.
Изготавливают пластинчатый токопроводящий элемент из трубчатой заготовки, которую подвергают деформации сжатия до получения плоской формы, при этом среднюю часть трубки сжимают в одном направлении, а затем осуществляют сжатие боковых частей трубки в другом направлении, а именно перпендикулярно к ранее выполненному направлению сжатия. После деформации трубки в пластинчатый элемент, образованная после сжатия щелевидная полость токопроводящего элемента 1 герметизируют посредством сварки или пайки. Для этого может быть проведена пайка по внутренним поверхностям элемента 1 путем заполнения его полости расплавленным припоем или может быть осуществлена сварка (пайка) торцевых кромок элемента 1. Изготовленные токопроводящие элементы 1 собирают в единый пакет, при этом центральную часть пакета выполняют, соединяя между собой неразъемно, например, сваркой или пайкой, ребра средних частей пластинчатых элементов 1 с образованием общей плоской поверхности. Для обеспечения крепления устройства к внутрикамерным компонентам концевые участки токопроводящих элементов 1 перед сборкой деформируют в плоскости деформации средней части трубки и сгибают под прямым углом в двух местах. После этого концевые участки неразъемно соединяют между собой ребрами, например сваркой или пайкой.
Устройство работает следующим образом.
Устройство устанавливают на вакуумном корпусе 3 термоядерного реактора со стороны, обращенной к плазме, для чего закрепляют его посредством болта 7 через монтажное отверстие 5. После установки внутрикамерного компонента 4 устройство, например, при помощи болта 8 через монтажное отверстие 6, присоединяют к упомянутому компоненту 4. Присоединение должно быть выполнено с созданием больших усилий, прижимающих устройство к вакуумному корпусу 3 и внутрикамерному компоненту 4, чтобы обеспечить наилучший электрический контакт на максимальной площади контактных поверхностей. Сечение токопроводящего элемента 1 по линиям прохождения тока от средней части к боковым сохраняется неизменным, способствуя равномерности работы устройства для электрического замыкания с точки зрения токовой проводимости. Параллельное расположение плоскостей боковых частей токопроводящих элементов 1 способствует максимальной жесткости в направлении действия изгибающих пондеромоторных сил, в то же время, оставляя их относительно податливыми в перпендикулярном направлении. Податливость в направлении действия пондеромоторных сил реализуется в участках, параллельных плоскости центральной части устройства и близких к ним. Во время срыва плазмы между внутрикамерным компонентом 4 и вакуумным корпусом 3 возникает напряжение, которое замыкается через устройство для электрического замыкания. Величина возникающего напряжения и характеристики проводимости внутрикамерных устройств 4, например, модулей бланкета, таковы, что токопроводящие элементы 1 должны быть рассчитаны на проведение тока 150-200 кА. Герметизация внутреннего пространства токопроводящих элементов 1 обеспечивает полное соблюдение жестких требований вакуумной гигиены термоядерного реактора.