Название:Комплекс мероприятий по модернизации и развитию инфраструктуры уникальной научной установки "Сферический токамак Глобус-М" с целью доведения параметров до мирового уровня и увеличения числа пользователей уникальным научным оборудованием
Грантодатель:Контракты ФЦП
Критическая технология:Технологии атомной энергетики, ядерного топливного цикла, безопасного обращения с радиоактивными отходами и отработавшим ядерным
Приоритетное направление:Энергоэффективность и энергосбережение
Ключевые слова:Сферический токамак, модернизация электромагнитной системы, реверсивный источник питания, системы дополнительного нагрева плазмы, диагностический комплекс, защитные материалы
Тип:исследовательский
Руководитель(и):Гусев,ВК
Подразделения:
Код проекта:14.621.21.0001
Финансирование 2014-15 г.:123 330 000
Исполнители: Акатова,ТЮ: лаб. физики высокотемпературной плазмы (Гусакова,ЕЗ)
Бахарев,НН: лаб. физики высокотемпературной плазмы (Гусакова,ЕЗ)
Воронин,АВ: лаб. физики высокотемпературной плазмы (Гусакова,ЕЗ)
Ибляминова,АД: лаб. физики высокотемпературной плазмы (Гусакова,ЕЗ)
Курскиев,ГС: лаб. физики высокотемпературной плазмы (Гусакова,ЕЗ)
Лепихов,СА: лаб. физики высокотемпературной плазмы (Гусакова,ЕЗ)
Тельнова,АЮ: лаб. физики высокотемпературной плазмы (Гусакова,ЕЗ)
Минаев,ВБ: лаб. физики высокотемпературной плазмы (Гусакова,ЕЗ)
Новохацкий,АН: лаб. физики высокотемпературной плазмы (Гусакова,ЕЗ)
Патров,МИ: лаб. физики высокотемпературной плазмы (Гусакова,ЕЗ)
Петров,ЮВ: лаб. физики высокотемпературной плазмы (Гусакова,ЕЗ)
Сахаров,НВ: лаб. физики высокотемпературной плазмы (Гусакова,ЕЗ)
Сениченков,ИЮ: лаб. физики высокотемпературной плазмы (Гусакова,ЕЗ)
Толстяков,СЮ: лаб. физики высокотемпературной плазмы (Гусакова,ЕЗ)
Хромов,НА: лаб. физики высокотемпературной плазмы (Гусакова,ЕЗ)
Щеголев,ПБ: лаб. физики высокотемпературной плазмы (Гусакова,ЕЗ)
Яшин,АЮ: лаб. физики высокотемпературной плазмы (Гусакова,ЕЗ)
Цель проекта
Целью настоящего проекта является развитие уникальной научной установки «Сферический токамак Глобус-М». В результате выполненного комплекса работ должна быть создана новая электромагнитная система токамака, позволяющая увеличить магнитное поле и ток, протекающий через плазмы, в 2-2,5 раза до значений поля 1 Тл и тока плазмы 0,5 МА. В задачу работ входит модернизация источников питания для новой электромагнитной системы, дооснащение диагностического комплекса и систем дополнительного нагрева установки, создание ряда методик для диагностики плазмы и проведения плазменных экспериментов. Программа научных исследований, проводимых с использованием УНУ, охватывает широкий круг проблем в области физики высокотемпературной плазмы и управляемого термоядерного синтеза, таких как взаимодействие плазмы с быстрыми сверхтепловыми частицами, взаимодействие плазмы с электромагнитным излучением, физика процессов в периферийной плазме и взаимодействие плазмы с поверхностью
Основные результаты проекта
На этапе №1 проводились работы по подготовке производства новой электромагнитной системы токамака Глобус-М. Основную проблему представляет намотка центрального соленоида для возбуждения тока плазмы. Соленоид наматывается по месту в два слоя на центральную колонну обмотки тороидального магнитного поля высокопрочным медным проводником сечением 20x15 мм с отверстием для водяного охлаждения. Длина двухслойной катушки примерно 1,3 м. Сила натяжения проводника при намотке превышает 500 кг. В процессе эксплуатации токамака ток в соленоиде изменяется в пределах ±70 кА, а магнитное поле на оси достигает значения 8 Тл. Механическая нагрузка на соленоид приводит к заметной деформации катушки в продольном и радиальном направлении. По этой причине при намотке соленоида требуется обеспечить его свободное перемещение относительно основания. В рамках подготовки производства оригинальная технология была отработана в процессе изготовления полномасштабного прототипа соленоида. Прототип был намотан на стальную бобину. Правильный выбор съемных прокладок, уложенных по всей поверхности бобины, обеспечил зазор между бобиной и соленоидом толщиной 1 мм. Соленоид был удален с бобины без всяких повреждений и успешно прошел электрические испытания. Начаты работы по реконструкции источников питания. Они направлены на создание реверсивного по току управляемого тиристорного модуля с повышенным выходным напряжением. Ток источника ±70 кА. Источник питания будет подключен к центральному соленоиду новой электромагнитной системы. Начаты работы по модернизации систем дополнительного нагрева плазмы. Новый передающий тракт системы нижне-гибридной генерации тока позволит увеличить мощность излучения многоволноводной антенны до величины 300-400 кВт. В рамках Программы научных исследований проведены первые оригинальные эксперименты по безындукционному поддержанию тока излучением на частоте 2,45 ГГц, вводимом в плазму с помощью много волноводной антенны. Разработаны две новые методики. Впервые на сферических токамаках проведены исследования спада тепловых потоков за пределами сепаратрисы с применением методов интегрально моделирования. На основе анализа диамагнетизма плазмы в омическом режиме впервые продемонстрирован изотопный эффект в величине времени удержания энергии в сферическом токамаке. Продемонстрирована повышенная аккумуляция водорода в образцах вольфрама, облученных плазменной пушкой. <54>Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках прикладного научного исследования и экспериментальной разработки В настоящее время рассматривается вопрос о патентопригодности технологии намотки центрального соленоида, обеспечивающей зазор между витками и основанием.
Назначение и область применения результатов проекта
Результаты выполненных на этапе №1 работ будут использованы для создания новой электромагнитной системы УНУ Глобус-М. Результаты исследования ширины спада тепловых потоков за сепаратрисой являются вкладом в международную базу данных. Данные облучения поверхности вольфрама с плазменными потоками важны для проектирования приемных диверторных устройств.
Эффекты от внедрения результатов проекта
Технология изготовления прототипа центрального соленоида будет использована при намотке соленоида на центральную колонну ОТП. Применение данной технологии существенно повысит надежность эксплуатации модернизированной УНУ Глобус-М.