Cryogenic pellet injection will be the prime candidate to fuel future fusion power plants. In order to harvest optimum fueling performance, it is essential to inject pellets from the magnetic high field side of the tokamak. The pellet launching system of the tokamak ASDEX Upgrade injects cryogenic hydrogen pellets with a speed of up to 1000 m/s from the magnetic high field side via curved guiding tubes. Pellets passing the guiding tube are sliding on a gas cushion, generated by the Leidenfrost effect. The actual track has a rectangular cross section and is composed of a series of ellipses in order to generate the required 270° looping type turn; the path length is 17 m. The last part of this track is marked by strong geometrical constraints from the vacuum vessel port. The previous design was composed of a sequence of three sections of ellipses too, tangentially constant but discontinuous with regard to the curvature. It had been in operation for almost 20 years. Its steps in the curvature are supposed to limit the system performance. A novel and advanced geometry concept, adopting a method well-known from civil engineering (e.g., for the railroad track design), has been applied to develop an improved design. It relies on clothoid shape sections keeping the track curvatures continuous and, thus, provides a smooth transition between all the elements. The new design presented improves the pellet launching system performance on ASDEX Upgrade and provides knowledge for an advanced design of pellet guiding tubes in future fusion devices.

中文翻译：

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先进的 ASDEX 升级颗粒导向系统设计

低温颗粒喷射将成为未来聚变发电厂燃料的主要候选者。为了获得最佳的燃料性能，必须从托卡马克的高磁场侧注入芯块。托卡马克 ASDEX 升级的弹丸发射系统通过弯曲的导管从高磁场侧以高达 1000 m/s 的速度注入低温氢弹丸。通过导管的颗粒在由莱顿弗罗斯特效应产生的气垫上滑动。实际轨道具有矩形横截面，由一系列椭圆组成，以产生所需的 270° 环形转弯；路径长度为 17 m。该轨道的最后一部分以来自真空容器端口的强几何约束为标志。先前的设计也由一系列三段椭圆组成，切向恒定但曲率不连续。它已经运行了将近 20 年。它在曲率中的步骤应该限制系统性能。一种新颖而先进的几何概念，采用了土木工程中众所周知的方法（例如，用于铁路轨道设计），已被应用于开发改进的设计。它依靠回旋曲线部分保持轨道曲率连续，从而在所有元素之间提供平滑过渡。提出的新设计提高了 ASDEX 升级中的弹丸发射系统性能，并为未来聚变装置中弹丸导管的高级设计提供了知识。它已经运行了将近 20 年。它在曲率中的步骤应该限制系统性能。一种新颖而先进的几何概念，采用了土木工程中众所周知的方法（例如，用于铁路轨道设计），已被应用于开发改进的设计。它依靠回旋曲线部分保持轨道曲率连续，从而在所有元素之间提供平滑过渡。提出的新设计提高了 ASDEX 升级中的弹丸发射系统性能，并为未来聚变装置中弹丸导管的高级设计提供了知识。它已经运行了将近 20 年。它在曲率中的步骤应该限制系统性能。一种新颖而先进的几何概念，采用了土木工程中众所周知的方法（例如，用于铁路轨道设计），已被应用于开发改进的设计。它依靠回旋曲线部分保持轨道曲率连续，从而在所有元素之间提供平滑过渡。提出的新设计提高了 ASDEX 升级中的弹丸发射系统性能，并为未来聚变装置中弹丸导管的高级设计提供了知识。用于铁路轨道设计），已被应用于开发改进设计。它依靠回旋曲线部分保持轨道曲率连续，从而在所有元素之间提供平滑过渡。提出的新设计提高了 ASDEX 升级中的弹丸发射系统性能，并为未来聚变装置中弹丸导管的高级设计提供了知识。用于铁路轨道设计），已被应用于开发改进设计。它依靠回旋曲线部分保持轨道曲率连续，从而在所有元素之间提供平滑过渡。提出的新设计提高了 ASDEX 升级中的弹丸发射系统性能，并为未来聚变装置中弹丸导管的高级设计提供了知识。