УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ ВНУТРИКАМЕРНЫХ КОМПОНЕНТОВ С ВАКУУМНЫМ КОРПУСОМ ТЕРМОЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
DEVICE FOR ELECTRICAL CONNECTION OF INTRA-CHAMBER COMPONENTS WITH VACUUM HOUSING OF THERMONUCLEAR REACTOR

Изобретение относится к области термоядерного синтеза и может быть использовано 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 токопроводящие элементы с разнонаправленными участками поверхности, расположенные в виде пакета между фланцами. Токопроводящие элементы представляют собой уплощенные трубки, щелевидная полость которой герметично закрыта сварным или паяным швом (патент РФ №118100, МПК G21B 1/17, опубл. 10.07.2012).
Недостатком известного устройства является возможное нарушение электрического соединения между внутрикамерным компонентом и вакуумным корпусом реактора при воздействии возникающих при работе реактора знакопеременных пондеромоторных сил и температурных градиентов, что объясняется ограниченной циклической прочностью токопроводящих элементов из-за локальных концентраций размаха деформаций в местах соединения токопроводящих элементов с деталями фланцев и в местах перехода разнонаправленных поверхностей токопроводящих элементов.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявленному изобретению является устройство, содержащее пластинчатые токопроводящие элементы с разнонаправленными участками поверхности, расположенные в виде пакета между фланцами (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).
Известное устройство состоит из отдельных деталей: двух фланцев и двух электропроводящих шин П-образной формы, каждая из которых представляет собой пластинчатый токопроводящий элемент. Шины вложены одна в другую с образованием П-образного единого пакета. Для компенсации электромагнитных усилий, воздействующих на токопроводящие элементы во время работы термоядерного реактора, отдельные детали устройства должны быть изготовлены и собраны с высокой точностью. Из-за наличия контактного сопротивления между наружной и внутренней шинами ток преимущественно течет по наружной шине, что приводит к увеличенным нагрузкам на наружную шину и снижению нагрузочной способности устройства в целом. Кроме этого, в местах соединения токопроводящих элементов с деталями фланцев и в местах перехода разнонаправленных поверхностей токопроводящих элементов во время работы реактора возникает большой размах деформаций, что может привести к трещине или разрыву токопроводящего элемента.
Недостатком известного устройства является возможное нарушение электрического соединения между внутрикамерным компонентом и вакуумным корпусом реактора при воздействии возникающих при работе реактора знакопеременных пондеромоторных сил и температурных градиентов, что объясняется ограниченной циклической прочностью токопроводящих элементов из-за локальных концентраций размаха деформаций в местах соединения токопроводящих элементов с деталями фланцев и в местах перехода разнонаправленных поверхностей токопроводящих элементов. Кроме этого, недостатком известного устройства является труднодостижимая точность изготовления деталей и их сборки из-за необходимости соблюдения малых гарантированных сборочных зазоров.
Задачей настоящего изобретения является создание устройства для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора, позволяющего повысить надежность электрического соединения между внутрикамерным компонентом и вакуумным корпусом реактора и обеспечить тем самым надежную работу термоядерного реактора в целом.
Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение циклической прочности токопроводящих элементов в местах перехода элементов к фланцам и между разнонаправленными участками поверхности (в местах изгиба) элементов, а также обеспечение схожести технических характеристик токопроводящих элементов.
Указанный технический результат достигается тем, что известное устройство для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора, содержащее пластинчатые токопроводящие элементы с разнонаправленными участками поверхности, расположенные в виде пакета между фланцами, согласно изобретению выполнено в виде монолитного блока с фасонными прорезями и перемычками между ними, при этом перемычки являются токопроводящими элементами и имеют профилированные утолщения между разнонаправленными участками поверхности и в местах перехода к фланцам, которые выполнены на концевых частях монолитного блока.
Кроме этого, устройство выполнено путем электроэрозионной или гидроабразивной обработки одной заготовки из сплава с высокой электропроводностью.
Выполнение устройства монолитным из одной заготовки позволяет обеспечить схожие технические характеристики токопроводящих элементов, а также минимизировать объем операций изготовления и контроля, что не только повышает надежность устройства и реактора в целом, но и уменьшает стоимость изготовления устройства. Выполнение в монолите токопроводящих элементов в виде перемычек, которые имеют профилированные утолщения в местах максимумов размаха деформаций (в местах перехода к фланцам и между разнонаправленными участками поверхности) позволяет получить гарантированную циклическую прочность токопроводящих элементов при заданной податливости и минимальных габаритах, что приводит к увеличению ресурса работы всего устройства, т.е. повышению надежности электрического соединения между внутрикамерным компонентом и вакуумным корпусом термоядерного реактора. Концевые части монолитного блока, являющиеся фланцами устройства, имеют однородные контактные поверхности, что обеспечивает минимизацию электрического сопротивления в зонах контакта между внутрикамерным компонентом и вакуумным корпусом реактора, снижая нагрев указанных зон при протекании электрического тока (особенно при его предельных значениях), что также способствует повышению ресурса работы устройства для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено устройство для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора (общий вид, изометрия), на фиг. 2 показано устройство для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора (вид сбоку, разрез), на фиг. 3 показано то же устройство (вид сверху).
Устройство для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора содержит два фланца 1, 2, между которыми расположены в виде пакета пластинчатые токопроводящие элементы 3 с разнонаправленными участками поверхности. Устройство представляет собой монолитный блок и выполнено из одной заготовки из сплава с высокой электропроводностью (например, меди или меди, легированной хромом 1%). В центральной части монолитного блока посредством электроэрозионной или гидроабразивной обработки выполнены фасонные прорези, промежутки между которыми образуют перемычки, соединяющие конечные части монолитного блока. Перемычки являются токопроводящими элементами, а концевые части монолитного блока представляют собой фланцы 1 и 2. Перемычки имеют волнообразную форму и выполнены с профилированными утолщениями в местах максимумов размаха деформаций (перехода к фланцам 1 и 2 и между разнонаправленными участками). Число и форма перемычек могут быть различными в зависимости от требуемых величин податливости и токовой нагрузочной способности устройства. Фланцем 2 устройство закреплено на внутрикамерном компоненте 4, а фланцем 1 устройство закреплено на вакуумном корпусе 5.
Устройство работает следующим образом.
При срыве тока плазмы от внутрикамерного компонента 4 к вакуумному корпусу 5 термоядерного реактора необходимо отвести большой электрический ток, вызывающий пондеромоторные силы в устройстве. От внутрикамерного компонента 4 ток течет в устройство через фланец 2. От фланца 2 ток течет по устройству через токопроводящие элементы 3 (перемычки) к фланцу 1. От устройства через фланец 1 ток течет в вакуумный корпус 5 термоядерного ректора.