Web of Science®
ФТИ в 2000–17 гг.
Статей 16022
Цитируемость
суммарная 157939
на статью 9.9
Индекс Хирша 125
G-индекс 204
Scopus®
ФТИ в 2000–17 гг.
Статей 17725
Цитируемость
суммарная 163531
на статью 9.2
Индекс Хирша 126
G-индекс 211
 

Уникальная научная установка «Сферический токамак Глобус-М»

Описание установки

Глобус-М — первый в России и один из трех крупнейших в мире сферических токамаков мегаамперного диапазона. Установка предназначена для исследования физических процессов и отработки технологий и инженерных рекомендаций удержания и нагрева субтермоядерной плазмы в сферической конфигурации с дивертором.

Сферические токамаки представляют собой предельный случай обычного токамака, но с малым отношением радиусов тора (аспектным отношением). Экономически более эффективные, сферические токамаки становятся сейчас весьма привлекательными для разработки на их основе источника термоядерных нейтронов.

Установка Глобус-М оснащена системами дополнительного нагрева плазмы – инжектором нейтральных атомов и ВЧ-комплексом нагрева на частотах ионно-циклотронного резонанса, а также рядом современных диагностик.

Основные характеристики

Большой радиус плазмы, R (м) 0,36 Ток плазмы (MA) 0,3
Малый радиус плазмы, а (м) 0,24 Температура электронов (кэВ) ~ 0,5
Аспектное отношение, R/a 1,5 Температура ионов (кэВ) ~ 0,8
Вытянутость плазменного шнура < 2,0 Длительность импульса (с) < 0,15
Тороидальное магнитное поле (Tл) < 0,6 Плотность плазмы (1020 м-3) ~2,0
Дополнительный нагрев
Инжекция нейтральных атомов (кэВ/МВт) 30 / 1
СВЧ нагрев на частоте ионно-циклотронного диапазона (МГц/МВт) 7,5 / 0,3

Государственная поддержка

В 2014 году УНУ «Сферический токамак Глобус-М» вошлa в число победителей конкурса по мероприятию 3.1.1. Поддержка и развитие уникальных научных установок Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» и получил финансовую поддержку государства в лице Минобрнауки России (соглашение № 14.619.21.0001 от 15 августа 2014 г., уникальный идентификатор работ (проекта) RFMEFI61914X0001).

Программа развития и научные задачи

В рамках упомянутого проекта персонал и аппаратура УНУ Глобус-М активно вовлечены в решение приоритетной научной задачи (ПНЗ) «Исследования и разработки физических принципов и технических решений эффективной и безопасной гибридной ядерной энергетики».

На решение именно этой задачи направлены мероприятия по развитию инфраструктуры УНУ и модернизации установки, предусмотренные Программой развития. В соответствии с программой после окончания модернизации установки параметры плазмы вырастут в 2.5-3 раза и установка получит название Глобус-М2.

Работы, обеспечивающие решение ПНЗ с помощью УНУ «Сферический токамак Глобус-М» будут проводиться по следующим направлениям:

  • Взаимодействие горячей термоядерной плазмы с быстрыми сверхтепловыми частицами, образующимися в процессе дополнительного нагрева плазмы с помощью ВЧ волн и пучков нейтральных частиц высокой энергии.
  • Взаимодействие горячей плазмы с мощным электромагнитным излучением в диапазоне частот нижнего гибридного резонанса при возбуждении в плазме безындукционного тока.
  • Физика процессов в периферийной плазме, удерживаемой в диверторных магнитных конфигурациях со сложной формой поперечного сечения.

Более подробное описание можно найти на сайте.

Сведения о ходе выполнения проекта

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 15 августа 2014 г. № 14.619.21.0001 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе №  1 в период с 15 августа по 31 декабря 2014 года выполнялись следующие работы:

  • Работы по созданию новой электромагнитной системы УНУ — подготовка производства, разработка и изготовление технологической оснастки для изготовления частей ЭМС.

  • Проведение модернизации сетевых источников питания УНУ «Сферический токамак Глобус-М» — разработка документации на реверсивный управляемый тиристорный источник питания на выходной ток до +/- 70 кА, проектирование, конструирование новых токовых перемычек масляного трансформатора ТМПИ-32000/10У1.

  • Проведение модернизации и развитие систем дополнительного нагрева и генерации тока плазмы УНУ «Сферический токамак Глобус-М» — подготовка производства элементов передающего тракта системы нижне-гибридной генерации тока токамака Глобус-М, разработка новой электрической схемы для модернизации источника питания эмиссионного электрода инжектора атомов.

  • Проведение работ по развитию диагностического комплекса УНУ «Сферический токамак Глобус-М» — написание программного интерфейса и интегрирование в общую систему управления и сбора данных УНУ для задач модернизации комплекса корпускулярной диагностики, разработка нового привода подвижного зонда и привода «прыгающего» зонда, разработка системы регистрации для многоэлектродных зондовых головок для модернизация диагностики Ленгмюровских зондов, разработка макета 4-х канального вакуумного спектрометрического модуля на основе XUV приёмников SPD, установка оптоволоконного модуля диагностики томсоновского рассеяния на токамаке.

  • Дооснащение технологических и вспомогательных систем УНУ «Сферический токамак Глобус-М» — разработка проекта новой пультовой УНУ Глобус-М.

  • Проведение работ по развитию кадрового потенциала УНУ и освещение деятельности УНУ во внешней среде. Проведение мероприятий, направленных на увеличение количества пользователей УНУ. Обеспечение реализации Программы научных исследований за период выполнения соглашения. Обеспечение проведения исследований для сторонних организаций с использованием УНУ.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом. На этапе № 2 в период с 01 января по 30 июня 2015 года выполнялись следующие работы:

  • Создание новой электромагнитной системы УНУ, обеспечивающей тороидальное магнитное поле до 1 Тл на оси токамака.

  • Модернизация сетевых источников питания УНУ «Сферический токамак Глобус-М» с целью обеспечения электрического питания модернизированной электромагнитной системы.

  • Модернизация и развитие систем дополнительного нагрева и генерации тока плазмы УНУ «Сферический токамак Глобус-М» с целью обеспечения их эффективной работы в условиях увеличенного до 1Тл тороидального магнитного поля.

  • Развитие диагностического комплекса УНУ «Сферический токамак Глобус-М» с целью обеспечения их эффективной работы в условиях увеличенного до 1Тл тороидального магнитного поля.

  • Дооснащение технологических и вспомогательных систем УНУ «Сферический токамак Глобус-М» с целью повышения качества работы и обеспечения доступности УНУ для внешних и внутренних пользователей.

  • Развитие кадрового потенциала УНУ и освещение деятельности УНУ во внешней среде.

  • Проведение мероприятий, направленных на увеличение количества пользователей УНУ.

  • Реализация Программы научных исследований за период выполнения соглашения.

  • Исследования для сторонних организаций с использованием УНУ.

Основной задачей работ на этапе № 2 настоящего Соглашения было осуществление комплекса мероприятий по модернизации и развитию инфраструктуры УНУ «Сферический токамак Глобус-М». В число этих мероприятий входило изготовление основных частей новой электромагнитной системы (ЭМС) установки, спроектированной на увеличение магнитного поля и тока плазмы в 2-2,5 раза. Сборку новой электромагнитной системы планируется выполнить на этапе № 3.

Для повышения магнитного поля и тока плазмы недостаточно изготовления ЭМС с повышенной стойкостью к механическим и тепловым нагрузкам. Необходимы также источники питания, способные развивать требуемые токи в различных обмотках. С этой целью на этапе № 2 изготовлен управляемый реверсивный источник питания нового центрального соленоида, который обеспечит ток в нагрузке +-70 кА. Шестифазный источник собран на базе тиристоров типа Т3200. Компоновка модулей с силовым оборудованием и системами управления позволяет осуществить их монтаж в помещении подстанции УНУ на площадке ФТИ им.А.Ф.Иоффе без существенной переделки сильноточных фидеров со стороны переменного и выпрямленного тока.

Новый источник спроектирован на повышенное входное и выходное напряжение в целях его согласования с нагрузкой и расширения динамического диапазона автоматической системы управления током плазмы. Для повышения напряжения требуется переключения обмоток питающих трансформатором ТМИП-32000/10У1 (мощность каждого из двух трансформаторов 32 МВт). С этой целью был изготовлен комплект новых токовых перемычек, способных выдержать повышенные тепловые и механические нагрузки.

Получили развитие системы дополнительного нагрева плазмы. Изготовлены элементы волноводного передающего тракта для системы нижне-гибридной генерации тока. Для экспериментов с плазмой с повышенной плотностью в модернизированной установке Глобус-М2 модернизирован источник питания эмиссионного электрода инжектора атомов. Такая мера позволит увеличить энергию инжектируемого в плазму нейтрального пучка.

Был выполнен ряд работ по развитию диагностического комплекса УНУ. В число этих работ входит как создание новых диагностик («прыгающий» ленгмюровский зонд, спектрометрический модуль на основе приемников SPD), так и модернизация основных существующих диагностик - корпускулярной диагностики и диагностики томсоновского рассеяния лазерного излучения.

Проводятся ремонтно-строительные работы по созданию новой пультовой УНУ Глобус-М. На отчетном этапе разработаны две новых диагностических методики. Методика измерения потоков нейтронов с помощью газоразрядных счетчиков СНМ-11 предназначена для исследования процессов взаимодействия пучков быстрых частиц с плазменной мишенью. Методика измерения и расчета радиационных потерь на основе спектрометрических измерений имеет широкий спектр применения. Она, в частности, позволит оценить потери на излучение из плазмы при использовании различных типов защитных материалов обращенной к плазме поверхности.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

© 2005-15 разработка и сопровождение: ОНТИ ФТИ им. А.Ф. Иоффе
Яндекс.Метрика