Название:Развитие Северо-Западного центра коллективного пользования научным оборудованием Материаловедение и диагностика в передовых технологиях для проведения комплексных исследований в области приоритетной научной задачи исследования и разработка физических принципов и технических решений эффективной и безопасной гибридной ядерной энергетики
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, физика высокотемпературной плазмы, диагностика плазмы, управляемый термоядерный синтез, термоядерный источник нейтронов, безындукционный старт и поддержание тока, дополнительный нагрев плазмы, центр коллективного пользования
Тип:исследовательский
Руководитель(и):Гусев,ВК
Подразделения:
Код проекта:14.621.21.0007
Финансирование 2014-15 г.:189 278 000
Исполнители: Акатова,ТЮ: лаб. физики высокотемпературной плазмы (Гусакова,ЕЗ)
Аскинази,ЛГ: лаб. физики высокотемпературной плазмы (Гусакова,ЕЗ)
Байдакова,МВ: лаб. диагностики материалов и структур твердотельной электроники (Брункова,ПН)
Бер,БЯ: лаб. квантоворазмерных гетероструктур (Иванова,СВ)
Березовская,ТН: метрологическая служба (Метрологическая служба)
Брунков,ПН: лаб. диагностики материалов и структур твердотельной электроники (Брункова,ПН)
Иванова,ЕВ: лаб. диффузии и дефектообразования в полупроводниках (Заморянской,МВ)
Казанцев,ДЮ: лаб. квантоворазмерных гетероструктур (Иванова,СВ)
Калмыков,АЕ: лаб. дифракционных методов исследования реальной структуры кристаллов (Аргуновой,ТС)
Кириленко,ДА: лаб. диагностики материалов и структур твердотельной электроники (Брункова,ПН)
Конников,СГ: лаб. диагностики материалов и структур твердотельной электроники (Брункова,ПН)
Курскиев,ГС: лаб. физики высокотемпературной плазмы (Гусакова,ЕЗ)
Лебедев,СВ: лаб. физики высокотемпературной плазмы (Гусакова,ЕЗ)
Минаев,ВБ: лаб. физики высокотемпературной плазмы (Гусакова,ЕЗ)
Нащекин,АВ: лаб. диагностики материалов и структур твердотельной электроники (Брункова,ПН)
Павлов,СИ: лаб. диагностики материалов и структур твердотельной электроники (Брункова,ПН)
Патров,МИ: лаб. физики высокотемпературной плазмы (Гусакова,ЕЗ)
Рудинский,МЭ: лаб. диагностики материалов и структур твердотельной электроники (Брункова,ПН)
Савельев,АН: лаб. физики высокотемпературной плазмы (Гусакова,ЕЗ)
Сахаров,НВ: лаб. физики высокотемпературной плазмы (Гусакова,ЕЗ)
Сидоров,АВ: лаб. физики высокотемпературной плазмы (Гусакова,ЕЗ)
Соколов,РВ: лаб. диагностики материалов и структур твердотельной электроники (Брункова,ПН)
Шустов,ДБ: лаб. диффузии и дефектообразования в полупроводниках (Заморянской,МВ)
Цель прикладного научного исследования и экспериментальной разработки
  1. Комплексное развитие центра коллективного пользования научным оборудованием «Материаловедение и диагностика в передовых технологиях» для эффективного участия Центра в решении приоритетной научной задачи «Исследования и разработка физических принципов и технических решений эффективной и безопасной гибридной ядерной энергетики» (далее — ПНЗ), в том числе в кооперации с ведущими мировыми научными, исследовательскими центрами и университетами.
  2. Создание инфраструктурной базы из современного, высокопроизводительного, дорогостоящего научного оборудования, увеличивающего потенциал ЦКП, и формирование основы для Программы реализации приоритетной научной задачи «Исследования и разработка физических принципов и технических решений эффективной и безопасной гибридной ядерной энергетики»
  3. Проведение начального этапа исследований по большинству основных подзадач, предусмотренных Программой реализации приоритетной научной задачи «Исследования и разработка физических принципов и технических решений эффективной и безопасной гибридной ядерной энергетики».
Основные результаты проекта
Мероприятия, проведенные на этапе №1 настоящего соглашения, были сконцентрированы на дооснащении инфраструктуры ЦКП современным дорогостоящим оборудованием. Был закуплен инжектор атомов высокой энергии HNBI 50, который будет использован на токамаке с дивертором Глобус-М для отработки методов нагрева плазмы до температур, близких к термоядерным, и генерации безындукционного тока, протекающего через плазму. Основные параметры инжектора:
  • рабочий газ водород или дейтерий;
  • энергия инжектируемых атомов 50 кэВ;
  • полная мощность атомного пучка 1 МВт;
  • фокусное расстояние 3.5 ± 0.5м;
  • длительность импульса инжекции до 1 с.
В состав инжектора входит ионный источник с системой питания, система высоковакуумной откачки, включая крионасосы, система подачи рабочего газа в ионный источник и нейтрализатор. Ранее инжекторы данного типа в экспериментах на отечественных установках типа токамак не применялись. Для проведения плазменных экспериментов с инжектором разработана «Методика измерения времени торможения быстрых ионов при инжекционном нагреве». Назначение данной методики - определение времени торможения ионов высокой энергии, образующихся при ионизации атомов инжектируемого пучка в плазме токамака. Методика основана на измерении интенсивности нейтронного излучения, возникающего при взаимодействии дейтериевого пучка с плазмой дейтерия. Технические характеристики:
  • точность измерения времени торможения не ниже 10" с;
  • энергия регистрируемых нейтронов 2.45 МэВ;
  • разрядность АЦП 14бит;
  • максимальная частота дискретизации АЦП 65 МГц;
  • объем оперативной памяти АЦП 512 Мбайт.
Использование нового инжектора в совокупности с разработанной методикой и другими имеющимися плазменными диагностиками позволит существенно расширить возможности эксперимента на токамаке с дивертором Глобус-М. При энергии атомов 50 кэВ такой пучок может инжектироваться в плазму с повышенной плотностью заряженных частиц, которая ожидается в результате модернизации электромагнитной системы токамака Глобус-М, направленной на увеличение магнитного поля и тока плазмы в 2-2,5 раза.
Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках прикладного научного исследования и экспериментальной разработки
Охраноспособными результатами при выполнении работ являются результаты, полученные, в первую очередь, при проведении исследований и измерений для внешних пользователей и опубликованные в ведущих отечественных и зарубежных журналах. Кроме того, объектами интеллектуальной собственности являются разработанные уникальные методики измерений, позволяющие получать точные количественные данные и характеризовать параметры плазмы (плотность, электронная и ионная температуры, эффективный заряд и др.) и инжектируемого пучка (энергия и мощность), при пучковом нагреве и генерации безындукционного тока в сферическом токамаке с дивертором Глобус-М.
Назначение и область применения результатов проекта
В рамках работ начаты исследования, необходимые для решения 3-х из 5-ти проектов Программы реализации ПНЗ «Исследования и разработки физических принципов и технических решений эффективной и безопасной гибридной ядерной энергетики», (проект 3.1 - Исследование и разработка эффективных схем непрерывного поддержания тока в компактном токамаке - прототипе генератора нейтронов, проект 3.2 - Нагрев плазмы токамака до субтермоядерных температур, обеспечивающих условия для эффективной генерации нейтронов в реакции синтеза пучок-плазма, проект 3.3 - Разработка технологии вывода продуктов термоядерного горения через специально разработанные интерфейсы диверторного типа). Результаты будут использованы при разработке гибридных систем «Синтез-деление», разработке систем дополнительного нагрева и генерации тока в магнитных ловушках термоядерного синтеза и для проектирования компактных источников нейтронов на основе сферических токамаков. Результаты работы станут важным звеном в развитии ключевых научных и технических решений для организаций занимающихся тематикой гибридной энергетики. НИЦ «Курчатовский институт» получит экспериментальную базу данных и методики, применимые для проектирования гибридного реактора «синтез-деление». ИЯФ им. Г.И. Будкера (г. Новосибирск) и ИПФ (г. Нижний Новгород) получили заказы на разработку оборудования и уникальный стенд для испытаний систем дополнительного нагрева. Троицкий Научно-исследовательский Институт Инновационных и Термоядерных Исследований (ТРИНИТИ), НИКИЭТ им. Доллежаля и ВНИИНМ им. А.А. Бочвара получат базу данных по испытаниям материалов первой стенки. НИИЭФА им. Д.В. Ефремова получит заказы на оборудование и экспериментальную базу данных для разработки нормативной документации. Группа университетов, включая МГУ, СПбГУ, СПб ГПУ, НИЯУ МИФИ, получит уникальную учебно-практическую базу для подготовки студентов и аспирантов и повышения квалификации преподавателей по специальностям связанным с термоядерной и ядерной энергетикой. Все ключевые организации-пользователи получат возможность участия в уникальных экспериментах, отработке теоретических моделей и технологических решений. Результаты исследований удешевят технологии синтеза и ускорят их практическое внедрение в энергетику (все тематики соответствуют мировому уровню). Будет сделан первый значительный шаг на пути к созданию источников энергии нового типа — безопасных, экологически чистых гибридных реакторов «синтез-деление», позволяющих, по мнению академика Е.П. Велихова, перейти к практическому освоению «зеленой» ядерной энергетики. В настоящее время, по инициативе НИЦ «Курчатовский институт» обсуждается программа создания экспериментального гибридного реактора «синтез-деление», в которой найдут применение полученные результаты.