Работы автора

18 мая 2021 г. в Национальном исследовательском центре «Курчатовский институт» состоялся физический пуск токамака Т-15МД, в котором по приглашению президента Центра принял участие председатель правительства Рос-сийской Федерации М. В. Мишустин. В марте 2023 г. состоялся энергетический пуск токамака. В настоящее время установка выходит на проектные параметры, идёт развитие диагностического комплекса и систем дополнительного нагрева. Целью работ на установке токамак Т-15МД является создание экспериментальной базы гибридного реак-тора и работы в поддержку Международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР. В этом выпуске журнала представлена программа физических исследований на установке Т-15МД, направленных на достижение цели. Токамак Т-15МД — инновационная установка, не имеющая аналогов в мире по параметрам: тороидальное поле на оси плазмы 2 Тл при аспектном отношении 2,2. Установка будет оборудована системой дополнительного нагрева плазмы и неиндукционного поддержания тока суммарной мощностью 24 MВт (к 2030 г.), которая позволит достичь высокой температуры плазмы (Ti ~ Te ~ 5—9 кэВ) и плотности плазмы (ne ~ 1020 м–3) в разрядах с длитель-ностью импульса до 30 с. Для нагрева плазмы и генерации тока будут использованы ВЧ- и СВЧ- методы (ионно-циклотронный, нижнегибридный и электронно-циклотронный), а также инжекция быстрых атомов. Поддержание квазистационарного устойчивого режима улучшенного удержания в плазме с длительностью разряда от нескольких до сотен секунд с помощью систем дополнительного нагрева плазмы является основным направлением работы уста-новки на весь период её работы. Диагностический комплекс токамака Т-15МД позволит провести исследования, необходимые для подготовки базовых режимов установок следующего поколения, а также позволит осуществлять безопасное функционирование установки. Токамак Т-15МД с мощной системой дополнительного нагрева плазмы, позволяющей достигать термоядерных параметров плазмы, с диагностическим комплексом, не уступающим лучшим мировым аналогам, станет новым инструментом для научных исследований, с помощью которого будут возможны решение широкого спектра физических проблем и дальнейшее развитие технологий, необходимых для надёжного обоснования параметров энергетического термоядерного реактора и гибридного реактора типа синтез—деление.

В настоящее время в Национальном исследовательском центре «Курчатовский институт» идёт подготовительная стадия работ для первых экспериментов на токамаке Т-15МД. Одним из этапов подготовки является сооружение гиротронного комплекса и конструирование системы ввода СВЧ-мощности для электронно-циклотронного резонансного (ЭЦР) нагрева плазмы. Во время наладочных работ, в связи с пониженным энергопитанием, Т-15МД будет работать с относительно низкими магнитными полями (тороидальное магнитное поле в центре плазмы Btor(r/a = 0)  1,5 Тл). Поэтому частота гиротрона выбрана равной 82,6 ГГц при длительности импульса до 30 секунд с выходной мощностью около 1 МВт. Эксперименты предполагается проводить на второй гармонике необыкновенной волны при вводе СВЧ-излучения с внешней стороны вакуумной камеры (резонанс при Btor  1,5 Тл). СВЧ-излучение гиротрона поступает к фланцу камеры установки по вакуумному гофрированному волноводу, длинной около 35 м, с внутренним диаметром 63,5 мм. Главной задачей гиротронного комплекса Т-15МД на первой стадии работ является предыонизация рабочего газа. Система ввода позволяет фокусировать волновой пучок, и в области фокусировки плотность мощности в поперечном сечении достигает значений  0,200,25 МВт/см2, что аналогично успешным экспериментам по пробою на токамаке Т-10. Последнее зеркало системы ввода способно отклонять пучок в тороидальном и полоидальном направлениях в пределах (25о) и (–5о)(+35о) соответственно. Это придаёт гибкость экспериментам, как по пробою, так и другим задачам по ЭЦР-нагреву и поддержанию безындукционного тока электронно-циклотронными волнами на квазистационарной стадии разряда. В условиях пробоя на стороне сильного магнитного поля (Btor(r/a = 0)  1,3 Тл), электротехническая система Т-15МД позволяет быстро поднять поле в процессе разряда, переместив нагрев в центр.

Приводятся результаты двух фаз завершающих испытаний (конец 2021 – начало 2023 годов) по подготовке к первым экспериментам с круглой плазмой на установке токамак Т-15МД. На этом этапе система СВЧ-нагрева (гиротронный комплекс) установки оснащена одним гиротроном с рабочей частотой 82,6 ГГц и выходной мощностью около 1 МВт. Установлена фокусирующая система ввода СВЧ-излучения, которая может быть использована как для предыонизации рабочего газа, так и для нагрева плазмы. Осуществление СВЧ-пробоя планируется на второй гармонике необыкновенной волны. Испытания, проведённые на гиротронном комплексе Т-15МД, включали в себя юстировку вакуумированного зеркально-волноводного тракта, общая длина которого 37 м, и измерения потерь СВЧ-мощности до входа в камеру токамака. Измерения величины мощности гиротрона производились калориметрическим способом, при этом значение коэффициента передачи СВЧ-линии передачи составило величину не меньше 0,9. Осуществлён ввод СВЧ-излучения в камеру Т-15МД на уровне мощности 0,95 МВт при длительности импульса 125 мс.

Приводятся результаты первых совместных испытаний гиротрона и волноводного
тракта на большую поглощающую нагрузку в длинном импульсе от высоковольтного
источника питания «Виктория». Достигнута длительность импульса 9,4 с. Оценен-
ная мощность СВЧ-излучения составляет величину 0,85 МВт.