Эксπир
Регистрация / Вход

Модернизация концентратора электромагнитной энергии на установке Ангара-5-1 и оптимизация режимов передачи электрической мощности по концентратору к излучающей нагрузке (Импульсная термоядерная установка "Ангара-5-1")

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.518.11.7002
Организация
АО "ГНЦ РФ ТРИНИТИ"
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
10 млн
Внебюджетные средства
0 млн

Опережающее развитие приборной базы научных исследований по приоритетным направлениям Программы и проведение исследований с использованием уникальной экспериментальной базы

Предложения

Исследование методов обеспечения безопасности и надежности стыковки космических аппаратов на базе уникального стенда «Испытательная установка для исследования сложных космических объектов в условиях имитации невесомости КИС РТК»
Тема
Исследование методов обеспечения безопасности и надежности стыковки космических аппаратов на базе уникального стенда «Испытательная установка для исследования сложных космических объектов в условиях имитации невесомости КИС РТК»
Входящий номер
58
Организация
ЦНИИ РТК
Руководитель организации-инициатора
Лопота Александр Витальевич
Исследование и разработка базовых технологий создания перспективной элементной базы наноэлектроники , микро- и наносистемной техники на основе многофункционального сверхвысоковакуумного нанотехнологического комплекса с расширенными аналитическими возможностями НАНОФАБ НТК-9
Тема
Исследование и разработка базовых технологий создания перспективной элементной базы наноэлектроники , микро- и наносистемной техники на основе многофункционального сверхвысоковакуумного нанотехнологического комплекса с расширенными аналитическими возможностями НАНОФАБ НТК-9
Входящий номер
90
Руководитель организации-инициатора
Боровская Марина Александровна
 Показать еще 21 предложение
 Скрыть другие предложения

Этапы проекта

1
18.04.2007 - 30.06.2007
Разработана концепции развития т/я комплекса «Ангара-5-1» на 2007-2011 г.г. Создана система многоканальной регистрации (СМР), которая включает 24 канала измерительного комплекса установки АНГАРА -5-1» с использованием десяти 4-х канальных осциллографов типа TDS-224, источника калибровки временных сдвигов типа И1-8 и разработанного калибрационного генератора. Разработана и внедрена диагностическая методика мониторинга передачи электрической мощности от 8 –ми канального высоковольтного генератора импульсов тока по концентратору к нагрузке. На основе полученных данных по передаче мощности к нагрузке разработаны рекомендации и исходные данные для проектирования элементов модернизированного концентратора тока для установки «Ангара-5-1». Разработана конструкторская документация для изготовления модернизированного концентратора тока. Подготовлен к заключению договор между ГНЦ РФ ТРИНИТИ и ЗАО «МИПФВТ» на изготовление и поставку двух экземпляров модернизированного концентратора и одного экземпляра ускорительной трубки.
Развернуть
2
01.07.2007 - 07.12.2007
Создана система многоканальной регистрации (СМР), которая включает 48 каналов измерительного комплекса установки Ангара -5-1 с использованием восьми 4-х канальных осциллографов типа TDS-224 и источника калибровки временных сдвигов типа И1-8. На основе исследований прохождения электрической мощности от 8-ми модулей генератора по вакуумным коаксиальным транспортирующим линиям с магнитной самоизоляцией к концентратору тока и ввода энергии в центральную область концентратора и к лайнерной нагрузке, выполненные с применением СМР, измерена эффективность передачи электрической мощности по концентратору к нагрузке. Величина мощности, переданной в область лайнера и к нагрузке при напряжении ГИНа 50 кВ, составила 3 ТВт при 3 МА и амплитуде напряжения 1 МВ. Проведена корректировка КД концентратора. Полностью изготовлены все элементы модернизированного концентратора тока и ускорительной трубки для установки Ангара-5-1 в соответствии с созданной КД и разработанными техническими требованиям. Часть элементов изготовлена в пробных экземплярах и испытана в экспериментах на установке «Ангара-5-1
Развернуть
3
01.01.2008 - 30.06.2008
Тема выполненной НИР является актуальной и соответствует требованию новизны проводимых исследований, поскольку обеспечивает научные и технологические основы создания энергетического драйвера на основе Z-пинчевого разряда для зажигания термоядерной реакции в лабораторных условиях и проведения экспериментов для изучения физики ударных волн и уравнений состояния в веществе при высокой плотности энергии. Методология выполнения работы основывалась на проведении расчетно-теоретических и экспериментальных исследований распространения высоковольтного импульса тока от генератора к лайнерной нагрузке в виде многопроволочного лайнера.
В ходе исполнения государственного контракта в отчетном периоде получены следующие результаты. Модернизированный вакуумный концентратор тока с датчиками для измерения параметров высоковольтных электрических импульсов смонтирован на установке Ангара-5-1 взамен демонтированного концентратора. Выполнены пуски установки на тестовые нагрузки и физические нагрузки в виде сильноизлучающих Z пинчей. Проведена калибровка датчиков. Проведены работы, обеспечивающие технологические условия для проведения опытов с физическими нагрузками с применением новой ускорительной трубки и модернизированного вакуумного концентратора, включая вакуумно-технологический контроль. Остаточное давление в рабочей камере составляет менее 10-4 Торр, что соответствует технологическим требованиям при проведении экспериментов по имплозии многопроволочных лайнеров для генерации мощных импульсов рентгеновского излучения. Величина полного разрядного тока через нагрузку в виде излучающего лайнера, достигнутая с использованием нового вакуумного концентратора, превышает на 5% - 15 % величину максимального тока, полученную на старом концентраторе. Результаты пусков на тестовые и физические нагрузки в виде многопроволочных лайнеров показали, что модернизированный концентратор обеспечивает проектные требования, как по вакуумным условиям, так и по повышенной стойкости к токовой эрозии и передаче тока к нагрузке. Результаты по стойкости электродов к эрозии и достижение проектных требований по передаче тока в физическую нагрузку являются новыми и найдут применение при создании электрофизических установок многотераваттного диапазона. Ремонтопригодность нового концентратора, связанная с возможностью разделения анодного конуса на две части и его замены без откатки модуля будет выяснена в процессе дальнейшей эксплуатации. Фактически новый концентратор успешно прошел испытания во время проведения совместного российско-китайского эксперимента. Отказов, связанных с работой концентратора, не было.
Актуальность результатов по изучению прохождения импульсной электрической мощности в область лайнера определяется тем, что они наметили пути повышения надежности генерации импульсов выходной мощности генератора тока установки «Ангара-5-1» при работе в режиме Z-пинчевого разряда, что обеспечивает увеличение эффективности использования установки для проведения исследований в области физики высокой плотности энергии и ИТС.
Научное и практическое значение выполненной НИР состоит в том, что в настоящее время установка «Ангара-5-1» является лидером среди существующих электрофизических установок в РФ по концентрации энергии электрического импульса и достигнутой энергии и мощности рентгеновского импульса. Параметры плазмы, достигнутые в опытах по сжатию проволочных лайнеров током в режиме Z-пинчевого разряда с новым концентратором, обеспечивают эффективное преобразование электрической энергии в энергию выходного рентгеновского импульса. Эффективность преобразования по энергии составляет ~12-15%. При этом мощность выходного рентгена достигает 8 ТВт. Применение модернизированного концентратора тока обеспечивает увеличение подводимой к нагрузке электрической мощности за счет увеличения устойчивости к токовому износу электродной системы и реализации более высоких электрических и эксплуатационных характеристик по сравнению с используемым концентратором. Контрольными индикаторами практического значения полученных результатов НИР являются: достижение более высокой электрической прочности магнитной изоляции и снижение уровня тока утечки при передаче электрической мощности к нагрузке (увеличение разрядного тока на 5 - 15 %); увеличение его ремонтопригодности.

Руководитель работы
Директор Отделения Токонесущей плазмы
ГНЦ РФ ТРИНИТИ
Грабовский Е. В.
тел. 334-5614, aa15604b2dfbangara@triniti.ru
Развернуть
4
01.07.2008 - 31.10.2008
2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию продукции - Объектом разработки является проведение исследований с использованием высокоэнергетической уникальной импульсной термоядерной установки Ангара-5-1.
2.1. Проведены эксперименты по оптимизации режимов передачи электрической мощности по концентратору к излучающей нагрузке в виде Z пинча на основе проволочных лайнеров с использованием системы многоканальной (48 каналов) регистрации (СМР) измерительного комплекса установки Ангара -5-1, созданной на первом этапе данной разработки.
Изготовлены два экземпляра модернизированного концентратора тока и один экземпляр ускорительной трубки для установки Ангара-5-1 в соответствии с созданной конструкторской документацией и разработанными техническими требованиями.
Показано, что перераспределение токов между модулями генератора обусловлено как различием амплитуды импульсов напряжения от отдельных модулей генератора (порядка 1 - 2 %), так и разбросом времени срабатывания восьми модулей генератора относительно запускающего их импульса в диапазоне от 3 до 20 наносекунд. Определены режимы работы генератора для увеличения мощности, передаваемой в нагрузку. Показано, что утечки тока в области модернизированных элементов концентратора практически отсутствуют.
В ходе совместных работ на установке Ангара-5-1 с пользователем в лице Китайской Академии Инженерной Физики (КАИФ), КНР проведены измерения прохождения электрической мощности при параллельном соединении 8 ускорительных модулей установки Ангара-5-1 по модернизированному концентратору с использованием нагрузок в виде излучающих Z пинчей. Величина максимальной мощности, переданной в область лайнера и к нагрузке в штатном режиме работы генератора при напряжении зарядки ГИНов 55 кВ, составила 4 ТВт при суммарном токе восьми модулей 4 МА и амплитуде напряжения 1 МВ. Применение модернизированного концентратора тока позволило в выбранном технологическом режиме обеспечить более стабильную работу установки по сравнению с концентратором предыдущей конструкции, что повысило более чем в два раза, эффективность научных исследований на установке. Утечки тока в области элементов модернизированного концентратора с наибольшей концентрацией тока практически отсутствуют. Определена эффективность передачи энергии к излучающей нагрузке (более 50 %) и влияние величины введенной в нее энергии на мощность и энергию выходного импульса рентгеновского излучения для трех типов нагрузок: одиночные, одиночные с пеной на оси и двойные вложенные многопроволочные лайнеры. Данные исследования проведены впервые.
2.2. На основе данных по передаче мощности к нагрузке проведена корректировка конструктивных, технологических требований, которая обеспечивает повышенные технико-эксплуатационные характеристики концентратора: снижение уровня токовых потерь, легкость монтажа, улучшение контакта между деталями и обеспечение качественного мониторинга. Конструкция концентратора тока, в состав которой входит специальный разрядник, является новой, соответствует современному уровню развития техники сверхмощных генераторов тока. По качеству формирования профиля тока разработанный модернизированный концентратор соответствует имеющимся аналогам (установки Сатурн, “Z” и “ZR”, Корпорация Сандия, США). Разработана конструкторская документация для изготовления модернизированного концентратора тока и изготовлены два экземпляра модернизированного концентратора тока. В соответствии с дополнительным соглашением №2 к контракту проведена реконструкция КИИУ-5 с установкой закупленного оборудования.
2.3. Методология выполнения работы основывалась на проведении расчетно-теоретических и экспериментальных исследований распространения высоковольтного импульса тока от генератора к лайнерной нагрузке в виде многопроволочного лайнера. В процессе проверки передачи импульса по концентратору была разработана программа расчета прохождения импульса по концентратору с учетом установления в нем магнитной изоляции. Подобные программы создавались и ранее в России, однако только сейчас удалось провести отладку такой программы на многомодульной установке, что является новым результатом. Наличие такой отлаженной программы позволяет более подробно провести оптимизацию будущего варианта концентратора, в частности, учесть распределение зазоров по длине ВТЛ.
Используя результаты исследований прохождения электрической мощности от 8-ми модулей генератора по вакуумным коаксиальным транспортирующим линиям с магнитной самоизоляцией к концентратору тока и ввода электрической энергии в центральную область концентратора и к лайнерной нагрузке, измерена эффективность передачи электрической мощности по концентратору к нагрузке и выбраны режимы передачи мощности. Данные результаты соответствуют требованию новизны, поскольку проведены в условиях параллельного соединения 8-ми ускорительных модулей к излучающей нагрузке впервые. Величина максимальной электрической мощности, переданной в область лайнера и к нагрузке в штатном режиме работы генератора при напряжении зарядки ГИНа 55 кВ, составила 4 ТВт при суммарном токе восьми модулей 4 МА и амплитуде напряжения 1 МВ.
2.4. Объекты интеллектуальной собственности, созданные на отчетном этапе. Опубликовано 10 статей в реферируемых журналах (8 – в российских и 2- в зарубежных), представлено 15 докладов на международных конференциях, оформлено 2 «Ноу-хау».
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.8 Проведение исследований с использованием уникальных стендов и установок, а также уникальных объектов научной инфраструктуры (включая обсерватории, ботанические сады, научные музеи и др.), научных организаций и образовательных учреждений высшего профессионального образования
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
4 млн
Организация
ИПХФ РАН
профинансировано
Тема
Исследование физических процессов в плазме Z-пинчей на установке Ангара -5-1 с целью создания мощных сверхтераваттных импульсов рентгеновского излучения на установке: "Импульсная термоядерная установка "Ангара-5-1" (АНГАРА-5-1) (рег. № 01-42)"
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Количество заявок
1
Исследование теплофизических, оптических и транспортных характеристик плотной плазмы сложного химического и ионизационного состава в условиях интенсивных радиационных, электромагнитных и ударно-волновых нагрузок. Исследование физики нового класса сильноточных излучающих плазмодинамических разрядов экстремальной плотности тока и радиационно-плазмодинамических механизмов генерации, нагрева и ускорения гиперзвуковых потоков плотной плазмы сложного химического и ионизационного состава. Фундаментальные исследования нелинейных радиационно-плазмодинамических эффектов взаимодействия ускоренных потоков излучающей плотной плазмы с конденсированными, газовыми и плазменными средами на установке: "Научно-исследовательский экспериментально- диагностический стенд на основе сильноточного магнито-плазмодинамического ускорителя экстремальной плотности мощности (ЛУЧ СО1) (рег. № 06-17)"
Тема
Исследование теплофизических, оптических и транспортных характеристик плотной плазмы сложного химического и ионизационного состава в условиях интенсивных радиационных, электромагнитных и ударно-волновых нагрузок. Исследование физики нового класса сильноточных излучающих плазмодинамических разрядов экстремальной плотности тока и радиационно-плазмодинамических механизмов генерации, нагрева и ускорения гиперзвуковых потоков плотной плазмы сложного химического и ионизационного состава. Фундаментальные исследования нелинейных радиационно-плазмодинамических эффектов взаимодействия ускоренных потоков излучающей плотной плазмы с конденсированными, газовыми и плазменными средами на установке: "Научно-исследовательский экспериментально- диагностический стенд на основе сильноточного магнито-плазмодинамического ускорителя экстремальной плотности мощности (ЛУЧ СО1) (рег. № 06-17)"
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
2,1 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка новых типов электрических машин повышенной мощности и эффективности на базе высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) и систем магнитного подвеса для высокоскоростного транспорта на установке: "Экспериментальный комплексный стенд для исследования сверхпроводниковых систем и электромеханических преобразователей энергии на основе низкотемпературных и высокотемпературных сверхпроводников (ЭКИССЭП) (рег. № 06-07)"
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
1
Тема
Проведение исследований с использованием высокоэнергетических уникальных установок и комплексов (мероприятие 1.8 Программы)
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
61,8 млн
Количество заявок
15
Тема
Отработка технологии вакуумной подготовки разрядной камеры на установке: "Экспериментальная термоядерная установка Токамак-15 (Т-15) (рег. № 01-84)"
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Количество заявок
1