Оптимизация рабочего режима токамака Т

УДК 621.039.53 Радиационно-технологические комплексы
Б.В. КУТЕЕВ, В.М. ТИМОХИН, Д.С. НИКАНДРОВ,
В.Г. СКОКОВ, В.Ю. СЕРГЕЕВ, О.А. БАХАРЕВА
Санкт-Петербургский государственный технический университет
ОПТИМИЗАЦИЯ РАБОЧЕГО РЕЖИМА ТОКАМАКА Т-10
МЕТОДОМ ПОКРЫТИЯ ПЕРВОЙ СТЕНКИ ЛИТИЕМ
Проект направлен на разработку технологии инжекции малоразмерных литиевых макрочастиц в высокотемпературную плазму токамака Т-10, эксперименты по
улучшению параметров рабочего режима установки, а также на получение новой
физической информации о процессах переноса в пристеночной области плазмы.
Одной из важнейших проблем в физике плазмы является проблема оптимизации режима работы установок с магнитным удержанием высокотемпературной плазмы. Известно, что решение этой проблемы может в
несколько раз уменьшить затраты на создание квазистационарной термоядерной реакции в лабораторных условиях. Параметры рабочего режима
установки во многом определяются состоянием её первой стенки, а также
процессами, происходящими на периферии, в пристеночной плазме. Экспериментально доказано, что при покрытии первой стенки установки всего одним-двумя монослоями примеси с низким зарядом ядра (Li, B и др.)
заметно уменьшается поток в плазму тяжелых примесей, стенка приобретает абсорбирующие свойства. Это приводит к существенному улучшению основных параметров плазмы (эффективный заряд, электронная температура, плотность и т.п.), определяющих её близость к порогу зажигания термоядерной реакции [1].
В рамках данного проекта, на токамаке Т-10 (Институт ядерного синтеза РНЦ "Курчатовский институт" Минатома России) был установлен
комплекс примесной пеллет-инжекции для экспериментов по оптимизации рабочего режима методом покрытия первой стенки литием. Ввод лития в камеру установки осуществлялся методом пеллет-инжекции в рабочем режиме. Разработанный комплекс достаточно универсален, т.е. пригоден для других экспериментальных и диагностических приложений,
например, таких как исследования неустойчивости срыва, выключения
разряда или генерации убегающих электронов и т.п. [2-3].
Первые эксперименты по инжекции гидрида лития в высокотемпературную плазму не продемонстрировали значительного улучшения параметров рабочего режима. Серия дополнительных экспериментов и сделанные расчеты показали, что данный факт связан с относительно малым
количеством атомов лития в инжектируемых макрочастицах, а также с
128
ISBN 5-7262-0559-6. IV Конференция «Научно-инновационное сотрудничество». Часть 1
УДК 621.039.53 Радиационно-технологические комплексы
небольшой глубиной проникновения пеллет гидрида лития в плазму. Для
решения этих проблем было предложено инжектировать макрочастицы из
металлического лития с размерами, близкими к диаметру ствола используемого инжектора (~ 0.8 мм). Увеличение количества вносимых в плазму
атомов лития произойдет за счет большего относительного их содержания
в пеллете из металлического лития по сравнению с пеллетой из гидрида, а
также за счет увеличения размеров инжектируемых пеллет.
Для реализации поставленных задач было необходимо разработать
технологию изготовления макрочастиц металлического лития с размерами
менее 1 мм, а также модифицировать конструкцию используемого в экспериментах инжектора ДИМ-6 [4] для его работы в режиме пневматической пушки. К настоящему моменту обе проблемы успешно решены. Отработана технология формирования пеллет из металлического лития идеальной цилиндрической формы (диаметр 0.75 мм, высота 1.5 мм). Принцип её состоит в гидравлическом выдавливании лития из металлической
трубки малого диаметра. Основная суть модернизации конструкции инжектора состояла в разработке системы точного углового позиционирования барабана зарядного устройства, что необходимо для точного
(~ 0.01 мм) позиционирования пеллеты на входе ствола инжектора. Система была разработана на основе использования современного высокоточного шагового привода с редуктором, управляемого дистанционно с
помощью компьютера.
Возможность ускорения макрочастиц металлического лития, с помощью полученных технических решений, была успешно продемонстрирована на комплексе примесной пеллет-инжекции токамака Т-10. В ближайшее время, будет поставлена серия экспериментов по инжекции макрочастиц металлического лития в высокотемпературную плазму Т-10 с
целью оптимизации рабочего режима установки за счет покрытия первой
стенки литием.
Список литературы
1.
Sergeev V.Yu. et al., Lithium pellet deposition and penetration in TFTR., Rev.Sci.Instr., 1992,
vol.63, p. 4984-4986.
2.
Тимохин В.М., Сергеев В.Ю., Кутеев
Б.В. Исследование выключения разряда в токамаке
Т-10 методом инжекции примесных макрочастиц с
большим Z. Физика плазмы, 2001. Т. 27, №3. С. 114.
ISBN 5-7262-0559-6. IV Конференция «Научно-инновационное сотрудничество». Часть 1
129
УДК 621.039.53 Радиационно-технологические комплексы
3.
Кутеев Б.В. Технологии для термоядерного реактора, основанные на инжекции макрочастиц. ЖТФ, т. 59, 1999, вып. 9.
4.
Lang P.T. et al., rev. Sci. Instrum., 1994.
Vol. 65(7), 2316.
130
ISBN 5-7262-0559-6. IV Конференция «Научно-инновационное сотрудничество». Часть 1