Dispositivo stellarator de fácil mantenimiento.

1. Dispositivo stellarator de fácil mantenimiento del tipo de los dotados de zonas rectas y sectores curvos caracterizado por disponer de varias bobinas planas no circulares contenidas en planos perpendiculares al eje toroidal de la cámara de vacío del stellarator en la zona recta,

de tamaño mayor que las bobinas modulares que forman los sectores curvos del stellarator y oscilantes respecto un eje de basculación perpendicular al eje de la cámara de vacío y posicionado en la parte inferior de cada bobina plana, bobinas planas capacitadas de movimiento de traslación según el eje de la cámara de vacío, de manera que las bobinas planas pueden moverse por el exterior de las bobinas modulares contorsionadas contiguas a las bobinas planas, liberando las puertas de las bocas de la cámara de vacío, que son de gran tamaño para facilitar el sencillo y rápido mantenimiento del interior de la cámara de vacío.

SECTOR DE LA TÉCNICA

La invención se enmarca en el sector de los bienes de equipo científicos para Investigación y desarrollo en plasmas de fusión termonuclear, existiendo la posibilidad de aplicación para equipos Industriales de producción de t~nergfa por fusión en el caso de que tales investigaciones dieran lugar a energía neta y competitiva. La Invención se refiere a un dispositivo de tipo stellarator configurado para permitir bocas amplias de mantenimiento en la cámara de vacío toroidal para un fácil, seguro y rápidO mantenimiento de las estructuras situadas en el interl:or de la cámara de vado.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Los stellarators son dispositivos de confinamiento magnético de plasmas de fusión de tipo toroidal que fueron utilizados por primera vez en 1951. los steJlarators se diferencian de los tokamaks, otro dispositivo toroidal de fusión, entre otros aspectos, en que el campo magnético confinante se produce únicamente por medio de bobinas, bobinas que son geométricamente más complejas en los stellarators Que en los tokamaks. No se conoce ningún dispositivo que combine una configuración magnética muy optimizada con un plasma poco contorsionado. Ello Implica bobinas complejas que no pueden localizarse lejos del plasma, lo cual Implica Que las bobinas deben situarse relativamente cercanas para evit.ar pérdidas de partículas, en particular por un fenómeno denominado rizado modular (modular ripple) .

La fusión termonuclear magnética, en particular la basada en

stellarators, aún no ha generado significativo interés en la industria

debido en parte al difícil mantenimiento de unas grandes estructuras

situadas en el Interior de la cámara de vado denominadas mantos

S reproductores. Tales mantos reproductores deben extraerse por bocas

situadas entre bobinas contiguas. Las bocas son pequeñas debido al poco

espacio existente entre bobinas contiguas. Por tanto, las operaciones de

mantenimiento emplean largo~5 periodos de tiempo durante el cual la

planta productora de energía deberá estar parada, resultando grandes

10 pérdidas económicas.

La presente invención aea un dispositivo Que combina bobinas

modulares de tamaño reducido y bobinas planas móviles de gran tamaño

para lograr acceso a varias amplias bocas por donde pueden extraerse con

15 facilidad los mantos reproductores y otras estructuras situadas en el

interior de la cámara de vado. Además, cerca de tales bocas pueden

situarse divertores extensos ciapaces de extraer cantidades ingentes de

energía.

Existen intentos de combinar zonas rectilíneas y curvas para conseguir

20 mejores propiedades del stellarator, como por ejemplo en la publicación:

'New QP/QI Symmetric Stellarator Configurations', D. A. Spong and J. H.

Harris, Plasma and Fusion Research: Volume 5, 52039, 2010 ; Y en 'Project

EPSILON -a way to steady sta te high beta fusion reactor', V.M. Kulygin, et

al., IAEA XXI Fusion Energy C:onference, 16 -21 October 2006, Chengdu,

25 China, pero no se combinan bobinas exteriores móviles e Interiores

contorsionadas fijas para lograr bocas de mantenimiento anchas y amplitud

para los divertores.

30 DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

El dispositivo stellarator de fácil mantenimiento se estructura a

partir de varias bobinas planas no circulares de gran tamaño situadas en

zonas rectilíneas donde la torsión del plasma se ha eliminado. Existen

35 sectores curvos particularmente contorsionados entre las zonas rectas

para compensar la falta de torsión en las zonas rectas. Un tipo de

stellarator adecuado para lograr tal disposición es de los llamados espejos

acoplados (Jinked mirrors) que poseen varias zonas relativamente

rectilíneas y varias curvas pronunciadas. Las bobinas planas pueden

situarse relativamente lejos del plasma debido a que no deben generar

torsión en el plasma, habilitando así un gran espacio entre el plasma y

S las bobinas que puede utilizarse para situar un divertor amplio para la

extracción de grandes cantidadl~s de energía.

Más concretamente, cada zona recta de plasma posee sección

transversal constante que no 91ra en la zona recta, formando un cilindro

10 de sección constante no circular, zona en que la cámara de vacío es

también cilíndrica no circular de sección constante. Los sectores curvos

entre zonas rectas y su cámari3 de vacío son similares a los de cualquier

stellarator optimizado de tipo espejos acoplados.

15 Cada bobina plana no cir"cu lar es de tamaño mayor que las bobinas

modulares de 105 sectores curvos, de manera que el hueco Interior de las

bobinas planas es mayor que el diámetro exterior de las bobinas

modulares de los sectores curvos. Cada bobina plana no circular es

aproximadamente perpendicular al eje toroidal de la cámara de vacío en

20 donde se encuentra localizada la bobina plana, bobina que articula en su

parte Inferior en un eje de basculación perpendicular al eje toroidal de la

cámara de vacío en su zona recta y situado en su parte inferior en el

exterior de tal cámara de vaclo, eje de basculación dotado adicionalmente

de movimiento de traslación en la dirección del eje de la cámara de vacío

25 en la zona recta.

Para realizar el mantenimiento verticalmente desde la parte

superior de las bocas situadas en la cámara de vado, las bobinas planas

oscilan respecto el eje de basculaclón de manera que el vector normal del

30 plano de la bobina plana se sitúa no paralelo al eje toroidal de la cámara

de vacío en la zona recta, liberando la boca amplia situada en la parte

superior de la cámara de vacío en la zona recta. Para realizar el

mantenimiento desde una amplia boca horizontal el eje de basculaclón

puede trasladarse paralelamente al eje toroidal de la cámara de vacío

35 hacia los sectores curvos, para posibilitar el fácil y amplio acceso a tal

boca horizontal.

DESCRIPCiÓN DE LOS DIBUJOS

La descripción del dispositivo efectuada en el punto anterior está

complementada con una serie de dibujos que destacan los aspectos y

5 puntos más característicos del invento, dibujos que son ilustrativos y se

recogen al final como parte inttegrante de la propia memoria descriptiva.

Estos dibujos contribuyen a una mejor comprensión del alcance de la

invención, a la vez que sirven I:omo punto de referencia para comprender

exactamente el dispositivo stellarator de fácil mantenimiento. Con este fin

JO los dibujos que se acompañan r'epresentan:

Figura 1.

Muestra esquemáticalmente una vista en planta del dispositivo.

Figura 2.

15 2a) Muestra también esquemáticamente una vista de una zona

recta del stellarator encontrándose las bobinas planas en

posición de reposo.

2b) Muestra un esquema de la misma zona recta del stellarator

encontrándose las bobinas planas en posición de basculaclón.

20

REAUZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENOÓN

25 A la vista de las comentadas figuras puede observarse cómo el

dispositivo stellarator de fácil mantenimiento se estructura a partir de

varias bobinas planas (1) no Circulares de gran tamaño situadas en cada

una de las zonas rectas del stellarator, capaces de oscilar alrededor de un

eje de basculación (2) que E:S aproximadamente perpendicular al eje

30 toroidal de la cámara de vacflJ (3) en la zona recta (4) del stellarator

donde se encuentra localizada la bobina, eje de basculación (2) dotado

adicionalmente de movimiento de traslación en la dirección del eje toroidal

de la cámara de vacío en la zona recta (4) para mayor facilidad de

cualquier tarea de mantenimit~nto. El diámetro interior de las bobinas

35 planas (1) es mayor que el diámetro exterior de las bobinas modulares (5)

situadas en los sectores curvos (6) del stellarator de manera que las

bobinas planas (1) pueden bascular y salvar las bobinas modulares (S) .

Las bobinas modulares (S) son bobinas contorsionadas típicas de todos los stellarators de tipo llamado mo (jular.

Las bobinas planas (1) de gran tamaño permiten una distancia considerable entre el plasma situado en el interior de la cámara de vacío (3) y tales bobinas planas (1) , espacio que puede utilizarse también para situar un divertor amplio parel la extracción de grandes cantidades de energía.

El mantenimiento del Interior de la cámara de vacío (3) se realiza por amplias bocas verticales (7) , bocas horizontales (8) u otras bocas disponibles en el dispOSitivo. El acceso al interior de las bocas horizontales (8) es posible encontrándose las bobinas planas (1) en posición de reposo debido a la notable distan<:ia entre las dos...

la.• Dispositivo stellarator de fácil mantenimiento del tipo de los dotados de zonas rectas y sectores curvos caracterizado por disponer de 5 varias bobinas planas no circulares contenidas en planos perpendiculares al eje toroidal de la cámara de vacío del stellarator en la zona recta, de tamaño mayor Que las bobinas modulares Que forman los sectores curvos del stellarator y oscilantes respecto un eje de basculaclón perpendicular al eje de la cámara de vacío y posicionado en la parte inferior de cada 10 bobina plana, bobinas planas capacitadas de movimiento de traslación según el eje de la cámara de vacío, de manera que las bobinas planas pueden moverse por el exterior de las bobinas modulares contorsionadas contiguas a las bobinas planas" liberando las puertas de las bocas de la cámara de vacío, que son de gran tamaño para facilitar el sencillo y rápido mantenimiento del Interior de la cámara de vacío.