Вакуумная камера

По форме вакуумная камера представляет собой тор («бублик»). Вакуумная камера выполнена из специальной нержавеющей стали. Её размеры: 30 метров в «большом диаметре», 22 метров в высоту, и 12 метров «малый диаметр» (диаметр «дырки от бублика»). Её объём — 3000 м³. Масса этого компонента токамака — свыше 10000 тонн. Для сравнения: Эйфелева башня весит 10 100 тонн.

Стенки вакуумной камеры двойные. Между внешней и внутренней стенками расположена водяная полость, где будет циркулировать дистиллированная вода для охлаждения камеры. Внутренняя стенка, кроме того, защищена бланкетом.

Для улавливания продуктов реакции в нижней части камеры установлен дивертор. Для демонтажа и монтажа элементов дивертора и бланкета, а также для диагностики и ремонта внутреннего оборудования разрабатывается дистанционный манипулятор.

Доступ к элементам бланкета, дивертора и другим системам, находящимся в «горячей полости», обеспечивают 88 окна (порта) в стенках вакуумной камеры: 36 верхних, 34 экваториальных и 18 нижних.

Бланкет

Бланкет — наиболее напряжённая в тепловом и радиационном плане система токамака (наряду с дивертором). Назначение бланкета — улавливать высокоэнергичные нейтроны, образующиеся при термоядерной реакции. В бланкете нейтроны замедляются, выделяя тепло, которое отводится стенкой вакуумной камеры и системой охлаждения. Некоторые элементы бланкета будут содержать литий. Таким образом, токамак будет «размножать» топливо. При столкновении нейтронов с литием происходит реакция деления, один из продуктов этой реакции — тритий. В результате этой реакции получается тритий в количестве, большем, чем было израсходовано в реакции слияния. Таким образом, токамак сам будет производить себе топливо

Для удобства технического обслуживания бланкет разделён на 880 элементов. Каждый элемент представляет собой кассету, со съемной передней стенкой из бериллия и медным корпусом, упрочненном нержавеющей сталью. Некоторые кассеты будут наполняться литием, для проверки концепции выработки трития.

Размеры каждой кассеты: 1 × 3 метра. Её вес: до 9,2 тонн.

Дивертор

Дивертор служит для извлечения из плазмы «золы» термоядерной реакции — гелия. Форма поверхности дивертора такова, что его центральная мишень (куполообразной формы) находится в тех местах плазменного шнура, где скапливаются ядра гелия. Гелий рекомбинирует, охлаждается и больше не участвует в процессах обмена энергией между частицами плазмы. Кроме того, дивертор служит для осаждения и удержания пыли, образующейся при испарении горячей стенки бланкета. Если не удалять пыль из зоны горения, она попадет в плазменный шнур, разогреется, и начнет интенсивно излучать. Тем самым плазменный шнур охлаждается, а горячая стенка перегревается. Перегрев бланкета, в свою очередь, вызовет повышенный износ (испарение) горячей стенки и образование новых порций пыли.

Дивертор выполнен из 108 кассет, общим весом 1400 тонн. Размер каждой кассеты 3,4 м х 2,3 м х 0,6 м. Корпус кассеты — высокопрочная нержавеющая сталь. По мере износа кассеты будут демонтироваться, и на их место устанавливаться другие. Каждая кассета имеет три мишени с щелями между ними. Металлическая пыль скатывается с пологих поверхностей мишеней и попадает в щели. Оттуда ей очень трудно вновь попасть в плазменный шнур. Мишени преобразуют кинетическую энергию продуктов реакции в тепло, поэтому нагреваются до 3000 °С и требуют интенсивного охлаждения

Мало какой материал способен длительно выдерживать такой нагрев. Потому изготовлены эти детали из усиленного вольфрама

Система охлаждения дивертора будет работать в околокипящем режиме. Суть этого режима такова: теплоноситель (дистиллированная вода) начинает закипать, но ещё не кипит. Микроскопические пузырьки пара способствуют интенсивной конвекции, поэтому этот режим позволяет отводить от нагретых деталей наибольшее количество тепла. Однако есть и опасность — если теплоноситель все-таки закипит, пузырьки пара увеличатся в размерах, резко снизив теплоотвод. Для контроля за состоянием теплоносителя на токамак установлены акустические датчики. По шуму, который создают пузырьки в трубопроводах, будет оцениваться режим, в котором находится теплоноситель. Теплоноситель, охлаждающий дивертор, будет находиться под давлением 4 МПа и иметь температуру на входе 70°, а на выходе 120°

Дата добавления: 2015-10-24