Эксπир
Регистрация / Вход

Комбинированный дополнительный нагрев плазмы при рекордном вкладе мощности в сферическом токамаке Глобус-М

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.518.11.7005
Организация
ФТИ им. А.Ф.Иоффе
Руководитель работ
Гусев Василий Константинович
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
10,2 млн
Внебюджетные средства
0 млн

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

Соисполнители

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 - 31.08.2007
1. Проведены маркетинговые исследования по приобретению двух источников питания и комплектующих элементов для лазерной диагностики.
2. Разработаны электростатические экраны для антенн ИЦР нагрева с учетом измененного направления тороидального магнитного поля. Исследована работа одиночной антенны с экраном и без него.
3. Выполнено численное моделирование распространения и поглощения электромагнитного излучения плазмы в схеме нагрева с использованием двух антенн.
4. В камеру токамака установлена вторая антенны для ИЦР нагрева плазмы.
5. Проведено согласование антенн с генератором, осуществлена настройка фидерных трактов
6. Выполнена апробация численного кода ASTRA для моделирования процессов в плазме с малым аспектным отношением.
Развернуть
2
01.09.2007 - 31.12.2007
Проведены пусконаладочные работы шестифазного выпрямителя для раздельного питания обмоток PF-2.
2. Проведены плазменные эксперименты с раздельным питанием обмоток PF-2. Получены равновесные магнитные конфигурации лимитерного и диверторного типа с
максимальной вытянутостью плазмы в вертикальном направлении.
3. Определены положения и формы плазменного шнура методами магнитной диагностики с использованием реконструкции данных измерений кодом EFIT.
(всего 300-400 выстрелов токамака для выполнения задач пунктов 3 и 4).
4 .Проведены пробные эксперименты по нагреву плазмы двумя антеннами при уровне вводимой мощности в пределах 100 кВт с каждой антенны.
5. Выполнена реконструкция СВЧ интерферометра для измерения плотности плазмы с переходом на длину волны 0.8 мм (три пространственных канала измерений).
6. Собран и испытан анализатор потоков атомов перезарядки для измерения “продольной” ионной температуры.
7. Разработаны магнитные зонды для измерения плазменных флуктуаций в диапазоне альфвеновских частот.
8. Получены результаты численного моделирования процессов удержания частиц и энергии.
9 Разработана Программа и Концепция развития УСУ на 2007-2010 гг.
Развернуть
3
01.01.2008 - 30.06.2008
Аннотационный отчет
По ГК 02.518.11.7005
по теме: «Комбинированный дополнительный нагрев плазмы при рекордном
вкладе мощности в сферическом токамаке Глобус-М»
(рег. Номер 01-99)
шифр «2007-7-1-1.8-00-01-203»
Этап №3
«Комбинированный дополнительный нагрев плазмы при рекордном вкладе мощности в сферическом токамаке Глобус-М»
(промежуточный)

В прилагаемом научно-техническом отчете описаны работы согласно этапу № 3 календарного плана. На настоящем этапе работ основные усилия были сконцентрированы на совершенствовании источников дополнительного нагрева плазмы и диагностического оборудования. Основным методом дополнительного нагрева плазмы токамака Глобус-М является инжекция в плазму пучка атомов водорода высокой энергии и мощности. Атомы ионизуются в плазме токамака и постепенно за счет столкновений с электронами и ионами плазмы увеличивают их температуру. До последнего времени в экспериментах успешно использовался ионный источник ИПМ-2, который обеспечивал инжектируемую мощность в атомном пучке в диапазоне 0.4-0.6 МВт. Замена источника ИПМ 2 на ИПМ-1 позволяет увеличить мощность примерно вдвое. Суммарная мощность в расчете на единицу объема плазмы достигает рекордно высоких значений в 2.5-3 МВт/м3.
Согласно календарному плану на этапе №3 были решены следующие основные задачи:
• Настройка ионного источника повышенной мощности ИПМ-1 для нагрева плазмы пучком атомов мощностью до 1 МВт и энергией частиц до 30 кэВ.
• Установка источника на инжектор, проведение пусконаладочных работ.
• Измерения профиля мощности пучка внутри вакуумной камеры токамака с помощью массива детекторов вторичной эмиссии.
• Проведение пробных экспериментов по дополнительному нагреву плазмы нейтральным пучком повышенной мощности. Анализ поступления в плазму примесей спектральными методами.
• Измерения температуры и плотности в экспериментах по нагреву плазмы нейтральным пучком (всего около 600 выстрелов токамака для выполнения задач).
• Численное моделирование удержания и термализации быстрых частиц пучка.
• Проведение пусконаладочных работ стабилизированного источника тока для систем автоматического управления положением плазмы.
• Калибровка анализатора энергии атомов перезарядки для измерения “продольной” ионной температуры.
Основным результатом работ на данном этапе следует считать комплексное усовершенствование методики дополнительного нагрева плазмы. Было достигнуто существенное продвижение сразу по трем направлениям:
1. повышение мощности инжектора с проведением его настройки и юстировки,
2. разработка методов численного моделирования процессов удержания быстрых ионов в плазме с малым аспектным отношением в слабом магнитном поле,
3. ввод в действие новой диагностики для изучения энергетических спектров быстрых ионов.
Приведены результаты измерений профиля мощности пучка, которые выявили необходимость дополнительной юстировки ионного источника. Выполнены первые эксперименты по дополнительному нагреву плазмы пучком повышенной мощности. Представлены данные измерений пространственных распределений температуры и плотности электронов, температуры ионов в объеме плазмы, интегральных параметров плазмы. Одновременно с эффектом нагрева плазмы с помощью спектральных измерений и других данных было выявлено поступление в плазму примесей при нагрузке обращенной к плазме поверхности потоками тепла повышенной мощности в период импульса дополнительного нагрева. Данный результат подтверждает необходимость дальнейшего увеличения площади защитного покрытия плитками из графита марки РГТ. Эти работы предусмотрены на этапе №4 настоящего контракта. При этом площадь защищенной поверхности достигнет примерно 90% общей площади поверхности, обращенной к плазме.
Определенный прогресс достигнут в развитии численного моделирования удержания и потерь энергии быстрых ионов, образующихся в период нагрева плазмы пучком. Моделирование позволяет определить траектории ионов в плазме в низком магнитном поле и пространственную зону их удержания. Последнее обстоятельство особо важно для выбора оптимальной для нагрева формы плазмы. Результаты моделирования приведены в научно-техническом отчете.
Для экспериментального исследования удержания быстрых ионов подготовлен новый 12-канальный анализатор энергетических спектров атомов перезарядки. Прибор будет ориентирован тангенциально к оси тора параллельно направлению инжекции.
Также на этапе №3 была проведена пусконаладка стабилизированного источника тока для систем автоматического управления плазмой. Данный источник базируется на электролитической конденсаторной батарее. Его работа не связана с жестким графиком включения основной системы питания, подключенной к городской электросети. Перевод сложных систем управления с автоматической обратной связью на автономный источник позволит осуществлять регламентные и другие работы в промежутках между экспериментами. При этом время на проведение чисто плазменных экспериментов увеличится. Одновременно освободится мощный управляемый шестифазный выпрямитель, который можно использовать для питания обмоток токамака.
Основным итогом работ на этапе №3 следует считать комплексное усовершенствование методики дополнительного нагрева плазмы нейтральным пучком. Выполненный цикл работ качественно изменил характер эксперимента. После установки ионного источника ИПМ-1 мощность пучка возросла до 1 МВт. Существуют шансы на ее дальнейшее увеличение. Мощность нагрева плазмы на единицу ее объема с учетом мощности омического нагрева достигла рекордно высоких величин 2-3 МВт/м3. В таких условиях эксперимент приобретает особо уникальный характер. Первые опыты с нагревом высокой мощности продемонстрировали, что данная задача выглядит вполне осуществимой, но требует дальнейшей кропотливой работы по самым разным направлениям.

Достигнуты следующие индикаторы:
Количество организаций – пользователей УСУ – 5.
Опубликовано статей в отечественных изданиях – 1.
Представлено докладов на российские и международные конференции – 6.
Закуплено единиц оборудования – 2, на сумму 628240 руб.

Руководитель работ по госконтракту
Вед. научн. сотр. Гусев В.К.
Развернуть
4
01.07.2008 - 31.10.2008
1. Выполнен монтаж графитовых пластин для дополнительной защиты обращенной к плазме поверхности в камере токамака.
2. Проведены пусконаладочные работы видеокамеры с высоким временным разрешением.
3. Проведено тестирование комплектующих для пяти дополнительных пространственных каналов диагностики томсоновского рассеяния лазерного излучения.
4. Выполнены эксперименты по комбинированному нагреву плазмы нейтральным пучком и циклотронным излучением с высокой удельной мощностью 2.5-3 МВт/м3.
5. Проведена оптимизация методики экспериментов по комбинированному нагреву плазмы. Осуществлен выбор оптимальной равновесной магнитной конфигурации.
6. Выполнено детальное исследование пространственных и временных параметров плазмы диагностическим комплексом токамака Глобус-М.
7. Изучены условия возбуждения и определение области существования высокочастотных МГД неустойчивостей, возникающих при взаимодействии пучок/волна – плазма
8. Проведено численное моделирование процессов переноса при мощном дополнительном нагреве при помощи транспортных кодов.
9. Разработаны технологии по комбинированному нагреву плазмы, пригодные к применению для других сферических токамаков.
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
Тема
Генерация плазмы в сферическом токамаке и развитие методов дополнительного нагрева в геометрии малого аспектного отношения на установке: "Сферический токамак Глобус-М (ГЛОБУС-М) (рег. № 01-99)"
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
5,5 млн
Количество заявок
1
Тема
Исследование диффузии примесей и турбулентности плазмы при дополнительном СВЧ-нагреве на установке: "Термоядерная установка "Токамак-10" с уникальным гиротронным комплексом (Т-10) (рег. № 01-37)"
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
3,2 млн
Количество заявок
1
Тема
Исследования нагрева и удержания плазмы в токамаках.
Продолжительность работ
2008, 3 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
Проведение исследований физических и химических процессов с использованием уникальных стендов и установок в области энергетики и энергосбережения (мероприятие 1.8 Программы)
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
111,6 млн
Количество заявок
32