Статус

Уникальная научная установка (УНУ) «Сферический токамак Глобус-М» — первый в России и один из трех крупнейших в мире сферических токамаков мегаамперного диапазона. Находится в ФТИ им.А.Ф.Иоффе. Установка предназначена для исследования физических процессов и отработки технологий и инженерных рекомендаций удержания и нагрева субтермоядерной плазмы в сферической конфигурации плазмы с дивертором. В середине 2014 года УНУ «Сферический токамак Глобус-М» вошел в число победителей конкурса по мероприятию 3.1.1 Поддержка и развитие уникальных научных установок Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы» и получил финансовую поддержку государства в лице Минобрнауки России (соглашение № 14.619.21.0001 от 15 августа 2014 г., уникальный идентификатор работ (проекта) RFMEFI61914X0001).

Сферические токамаки представляют собой предельный случай обычного токамака малым отношением радиусов тора (аспектным отношением). Экономически более эффективные, сферические токамаки весьма привлекательны для использования в качестве источника термоядерных нейтронов.

Кадровый состав и аппаратура УНУ Глобус-М в настоящее время активно вовлечены в решение приоритетной научной задачи (ПНЗ) "Исследования и разработки физических принципов и технических решений эффективной и безопасной гибридной ядерной энергетики".

Перечень задач, решаемых с помощью УНУ «Сферический токамак Глобус-М» для программы реализации ПНЗ: Подробный перечень научных задач решаемых с помощью УНУ приведен в Программе научных исследований на базе УНУ «Сферический токамак Глобус-М». Часть задач в соответствии с Программой реализации ПНЗ решается в рамках ЦКП «Материаловедение и диагностика в передовых технологиях».

На решение задач ПНЗ направлены мероприятия по развитию инфраструктуры УНУ. Основные научные исследования сконцентрированы на следующих тематиках в поддержку ПНЗ "Исследования и разработки физических принципов и технических решений эффективной и безопасной гибридной ядерной энергетики":

- Взаимодействие горячей термоядерной плазмы с быстрыми сверхтепловыми частицами. Быстрые сверхтепловые частицы возникают благодаря использованию дополнительного нагрева плазмы путем инжекции атомных пучков высокой энергии, а также при вводе электромагнитного излучения на резонансных частотах. Применение обоих методов направлено на нагрев плазмы токамака до температур, близких к термоядерным, и эффективной генерации нейтронов в реакции ядерного синтеза ядер изотопов водорода при взаимодействии пучок-плазма в установках масштаба термоядерного источника нейтронов.

-Взаимодействие горячей плазмы с мощным электромагнитным излучением. Электромагнитное излучение в диапазоне частот нижнего гибридного резонанса используется для возбуждения в плазме безындукционного тока. В сферическом токамаке характер взаимодействия излучения с плазмой имеет существенные особенности. Тематика исследований направлена на отработку методик и технологии квазистационарного режима поддержания тока в компактном токамаке – прототипе генератора нейтронов.

- Физика процессов в периферийной плазме. Процессы в периферийной плазме и взаимодействие плазмы с поверхностью исследуются в плазме, удерживаемой в диверторных магнитных конфигурациях со сложной формой поперечного сечения. Исследования имеют большое значение как для понимания физических механизмов в плазме пристеночного (пограничного) слоя, так и для отработки технологии вывода продуктов термоядерного горения, в том числе из диверторного устройства сферического токамака.

Параллельно с решением задач ПНЗ осуществляется программа развития УНУ: Программа развития УНУ Глобус-М на 2014-2015 гг. разработана с учетом планов развития ФТИ им. А.Ф. Иоффе, как базовой организации, и мировых тенденций развития науки в области исследований УТС на сферических токамаках. При улучшении текущих характеристик основных систем нагрева плазмы, увеличения эффективности генерации тока, диагностического и методического обеспечения исследований в период 2014-2015гг, программа закладывает основы для существенного роста основных параметров установки в среднесрочной перспективе. Для достижения или превосходства мирового уровня исследований концепцией развития УНУ до 2020г. предусмотрен ряд инфраструктурных проектов, начиная с создания новой электромагнитной системы 2014-2015гг и заканчивая модернизацией установки в целом, включая мероприятия по модернизации системы энергопитания установки и систем дополнительного нагрева плазмы.

Информация для пользователей размещена в разделе Порядок оказания услуг. Мероприятия программы развития УНУ уделяют существенное внимание повышению привлекательности УНУ для организаций пользователей, путем повышения доступности, постоянного совершенствования методик, информационного обеспечения и развития кадрового потенциала УНУ Глобус-М.

УНУ Глобус-М оснащена системами дополнительного нагрева плазмы — инжектором нейтральных атомов и ВЧ комплексом нагрева на частотах ионно-циклотронного резонанса, а также рядом современных диагностик, в том числе: многоканальной системой Томсоновского рассеяния, анализаторами потока нейтральных атомов, системой управления положением и формой плазмы.

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 15 августа 2014 г. №14.619.21.0001 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы»на этапе № 1 в период с 15 августа по 31 декабря 2014 года выполнялись следующие работы:

• Проведение работ по созданию новой электромагнитной системы УНУ - подготовка производства, разработка и изготовление технологической оснастки для изготовления частей ЭМС.

• Проведение модернизации сетевых источников питания УНУ "Сферический токамак Глобус-М" - разработка документации на реверсивный управляемый тиристорный источник питания на выходной ток до +/- 70 кА, проектирование, конструирование новых токовых перемычек масляного трансформатора ТМПИ-32000/10У1.

• Проведение модернизации и развитие систем дополнительного нагрева и генерации тока плазмы УНУ "Сферический токамак Глобус-М" - подготовка производства элементов передающего тракта системы нижне-гибридной генерации тока токамака Глобус-М, разработка новой электрической схемы для модернизации источника питания эмиссионного электрода инжектора атомов.

• Проведение работ по развитию диагностического комплекса УНУ "Сферический токамак Глобус-М" - написание программного интерфейса и интегрирование в общую систему управления и сбора данных УНУ для задач модернизации комплекса корпускулярной диагностики, разработка нового привода подвижного зонда и привода "прыгающего" зонда, разработка системы регистрации для многоэлектродных зондовых головок для модернизация диагностики Ленгмюровских зондов, разработка макета 4-х канального вакуумного спектрометрического модуля на основе XUV приёмников SPD, установка оптоволоконного модуля диагностики томсоновского рассеяния на токамаке.

• Дооснащение технологических и вспомогательных систем УНУ "Сферический токамак Глобус-М" - разработка проекта новой пультовой УНУ Глобус-М.

• Проведение работ по развитию кадрового потенциала УНУ и освещение деятельности УНУ во внешней среде. Проведение мероприятий, направленных на увеличение количества пользователей УНУ.

• Реализация Программы научных исследований за период выполнения соглашения.

Резюме проекта по этапу №1.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 15 августа 2014 г. №14.619.21.0001 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 2 в период с 01 января по 30 июня 2015 года выполнялись следующие работы:

• Создание новой электромагнитной системы УНУ, обеспечивающей тороидальное магнитное поле до 1 Тл на оси токамака (R=0.34 м).

• Модернизация сетевых источников питания УНУ "Сферический токамак Глобус-М" с целью обеспечения электрического питания модернизированной электромагнитной системы.

• Модернизация и развитие систем дополнительного нагрева и генерации тока плазмы УНУ "Сферический токамак Глобус-М" с целью обеспечения их эффективной работы в условиях увеличенного до 1Тл тороидального магнитного поля.

• Развитие диагностического комплекса УНУ "Сферический токамак Глобус-М" с целью обеспечения их эффективной работы в условиях увеличенного до 1 Тл тороидального магнитного поля.

• Дооснащение технологических и вспомогательных систем УНУ "Сферический токамак Глобус-М" с целью повышения качества работы и обеспечения доступности УНУ для внешних и внутренних пользователей.

• Развитие кадрового потенциала УНУ и освещение деятельности УНУ во внешней среде.

• Проведение мероприятий, направленных на увеличение количества пользователей УНУ

• Реализация Программы научных исследований за период выполнения соглашения.

• Исследования для сторонних организаций с использованием УНУ.

Основной задачей работ на этапе №2 настоящего Соглашения было осуществление комплекса мероприятий по модернизации и развитию инфраструктуры УНУ «Сферический токамак Глобус-М». В число этих мероприятий входило изготовление основных частей новой электромагнитной системы (ЭМС) установки, спроектированной на увеличение магнитного поля и тока плазмы в 2-2,5 раза. Сборку новой электромагнитной системы планируется выполнить на этапе №3.

Для повышения магнитного поля и тока плазмы недостаточно изготовления ЭМС с повышенной стойкостью к механическим и тепловым нагрузкам. Необходимы также источники питания, способные развивать требуемые токи в различных обмотках. С этой целью на этапе №2 изготовлен управляемый реверсивный источник питания нового центрального соленоида, который обеспечит ток в нагрузке +-70 кА. Шестифазный источник собран на базе тиристоров типа Т3200. Компоновка модулей с силовым оборудованием и системами управления позволяет осуществить их монтаж в помещении подстанции УНУ на площадке ФТИ им.А.Ф.Иоффе без существенной переделки сильноточных фидеров со стороны переменного и выпрямленного тока.

Новый источник спроектирован на повышенное входное и выходное напряжение в целях его согласования с нагрузкой и расширения динамического диапазона автоматической системы управления током плазмы. Для повышения напряжения требуется переключения обмоток питающих трансформатором ТМИП-32000/10У1 (мощность каждого из двух трансформаторов 32 МВт). С этой целью был изготовлен комплект новых токовых перемычек, способных выдержать повышенные тепловые и механические нагрузки.

Получили развитие системы дополнительного нагрева плазмы. Изготовлены элементы волноводного передающего тракта для системы нижне-гибридной генерации тока. Для экспериментов с плазмой с повышенной плотностью в модернизированной установке Глобус-М2 модернизирован источник питания эмиссионного электрода инжектора атомов. Такая мера позволит увеличить энергию инжектируемого в плазму нейтрального пучка.

Был выполнен ряд работ по развитию диагностического комплекса УНУ. В число этих работ входит как создание новых диагностик («прыгающий» ленгмюровский зонд, спектрометрический модуль на основе приемников SPD), так и модернизация основных существующих диагностик – корпускулярной диагностики и диагностики томсоновского рассеяния лазерного излучения.

Проводятся ремонтно-строительные работы по созданию новой пультовой УНУ Глобус-М. На отчетном этапе разработаны две новых диагностических методики. Методика измерения потоков нейтронов с помощью газоразрядных счетчиков СНМ-11 предназначена для исследования процессов взаимодействия пучков быстрых частиц с плазменной мишенью. Методика измерения и расчета радиационных потерь на основе спектрометрических измерений имеет широкий спектр применения. Она, в частности, позволит оценить потери на излучение из плазмы при использовании различных типов защитных материалов обращенной к плазме поверхности.

Резюме проекта по этапу №2.

После окончания модернизации УНУ (окончание работ 2016 г) параметры плазмы вырастут в 2.5-3 раза и установка получит название Глобус-М2.