| Название: | Удержание ионов высокой энергии в сферическом токамаке нового поколения |
| Грантодатель: | Гранты РНФ |
| Область знаний: | 02 - Физика и науки о космосе |
| Научная дисциплина: | 02-501 - Физика высокотемпературной плазмы и УТС |
| Ключевые слова: | Термоядерный синтез, токамак, Глобус-М2, корпускулярная диагностика, нейтронная диагностика, быстрые частицы, дополнительный нагрев |
| Время действия проекта: | 2021-2024 |
| Тип: | исследовательский |
| Руководитель(и): | Бахарев,НН |
| Подразделения: | |
| Код проекта: | 21-72-20007 |
Проект посвящен исследованию удержания ионов высокой энергии в сферическом токамаке нового поколения. Актуальность предлагаемых в проекте исследований определяется новыми перспективами использования ядерного синтеза для создания компактных источников нейтронов (КИН), а не для получения непосредственно энергии. Генерация нейтронов в такой установке будет происходить в основном в результате взаимодействия ионизованных высокоэнергичных атомов инжектированных пучков с основной плазмой токамака. Для того чтобы КИН на основе сферического токамака был коммерчески привлекательным, энергетическая эффективность установки должна быть максимальна, для чего необходимо добиться минимальных потерь частиц высокой энергии. В экспериментах на сферических токамаках предыдущего поколения – NSTX (США), MAST (Великобритания), Глобус-М (Россия) – был обнаружен высокий уровень потерь быстрых частиц. Поведение быстрых частиц в сферических токамаках нового поколения (NSTX-U, MAST-U, Глобус-М2), близких по параметрам к разрабатываемым КИН, существенно изменится. В связи с этим необходимо детально исследовать особенности удержания быстрых ионов в этих сферических токамаках, а также создать и верифицировать компьютерные коды для моделирования удержания ионов высокой энергии с целью разработки сценариев разряда будущих КИН, при которых потери быстрых частиц будут минимальны.
В рамках проекта предполагается
• провести исследование поведения быстрых частиц в компактном сферическом токамаке нового поколения Глобус-М2;
• определить основные каналы потерь быстрых частиц;
• разработать и внедрить новые компьютерные коды, позволяющие осуществлять расчеты удержания частиц высокой энергии в плазме токамака Глобус-М2;
• верифицировать разработанные методы и коды в условиях реального эксперимента на токамаке Глобус-М2;
• разработать методы уменьшения потерь ионов высокой энергии.
• сделать оценку величины потерь быстрых частиц в проектируемых компактных источниках нейтронов;
• сформулировать рекомендации для уменьшения этих потерь на основе анализа полученных данных.
Научная новизна предлагаемых исследований заключается в том, что они будут проводиться на сферическом токамаке нового поколения Глобус-М2, позволяющем удерживать плазму в разряде с тороидальным магнитным полем до 1 Тл (на уровне выше мировых аналогов), при рекордной удельной мощности нагрева – до 4 МВт/м^3. Научной новизной также обладают предлагаемые методы исследования быстрых ионов, многие из которых будут применены впервые в России, а некоторые – впервые в мире.
Успешная реализация настоящего проекта будет способствовать созданию эффективного и безопасного гибридного термоядерного реактора или нейтронного источника. Помимо этого, развитие методов исследования быстрых ионов позволит упростить интерпретацию данных при исследованиях плазмы на существующих лабораторных установках с магнитным удержанием плазмы.
Ожидаемые результаты
В ходе выполнения проекта ожидается получение следующих результатов:
1. Проведены исследования поведения быстрых ионов в компактном сферическом токамаке нового поколения
2. Определены основные каналы потерь быстрых частиц.
3. Разработаны и внедрены новые компьютерные коды, позволяющие осуществлять расчеты удержания частиц высокой энергии.
4. Разработанные и внедренные методы и коды верифицированы в условиях экспериментах на токамаке Глобус-М2.
5. Разработаны методы уменьшения потерь ионов высокой энергии.
6. Рассчитаны потери быстрых частиц в проектируемых компактных источниках нейтронов с помощью созданных и верифицированных кодов, а также сформулированы рекомендации для уменьшения величины этих потерь.
7. Подготовлено и опубликовано или принято к печати 9 статей в рецензируемых изданиях.
Исследования удержания быстрых ионов в сферическом токамаке при исключительно высокой удельной мощности дополнительного нагрева плазмы порядка 4 МВт/м3 и тороидальном магнитном поле до 1 Тл будут уникальными как в отечественной, так и в общемировой практике. С помощью разработанных и верифицированных кодов будет сделана оценка потерь быстрых частиц в проектируемых компактных источниках нейтронов, а также сформулированы рекомендации для уменьшения величины этих потерь. Улучшение удержания ионов высокой энергии во многом определяет эффективность КИН. Таким образом, проведенные исследования необходимы для создания экономически эффективной установки.
Реализация проекта приведет к ускорению развития и внедрения гибридных ядерных технологий и откроет в конечном счете возможность сооружения экономически эффективной гибридной системы в сроки, опережающие окончание международного проекта ИТЭР.
Результаты исследований будут опубликованы в рецензируемых научных журналах, представлены на российских и международных конференциях по управляемому термоядерному синтезу и физике высокотемпературной плазмы.
