Вебинары РИЭПП17 мая запланировано проведение вебинара на тему «Нормативно-правовая база функционирования центров коллективного пользования научным оборудованием (ЦКП) и особенности работы с порталом ckp-rf.ru».

Записаться на вебинар и посмотреть программу других вебинаров.

Уникальные научные установки

Сферический токамак Глобус-М (УНУ Глобус-М)

УНУ создана в 1999 году

Данная УНУ была поддержана в рамках мероприятия 1.8 ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы»
Данная УНУ была поддержана в рамках мероприятия 3.1.1 ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы»
Адрес
  • Северо-Западный
  • 194021, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 28
  • 🌎http://globus.rinno.ru/
Руководитель работ
Сведения о результативности за 2016 год (данные мониторинга)
Участие в мониторинге Число организаций-пользователей, ед. Число публикаций, ед. Загрузка в интересах внешних организаций-пользователей, %
да13865.28
Базовая организация

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук

Информация об уникальной научной установке (УНУ)

Сферический токамак Глобус-М вместе с системой питания, комплексом дополнительного нагрева и диагностиками представляет собой уникальный научный стенд, предназначенный для решения широкого круга задач по долгосрочным программам физики высокотемпературной плазмы и УТС. Значимые научные результаты, полученные на УНУ Глобус-М, уже используются в международной программе исследований по физике высокотемпературной плазмы и УТС. Следует подчеркнуть междисциплинарный характер исследований, проводимых на токамаке Глобус-М. В состав коллектива исследователей, работающих на установке, кроме ученых-плазменщиков входят сотрудники различных лабораторий ФТИ им. А.Ф. Иоффе - атомщики, ядерщики, химики, специалисты по полупроводникам, лазерам, обработке изображений и др. Кроме этого осуществляется тесное сотрудничество с ведущими специалистами из других организаций: специалистами по системам управления (ПМПУ СПб ГУ и АО "НИИЭФА"), специалистами математиками (ИПМ РАН им. М.В. Келдыша), специалистами химиками (ИФХ РАН им. М.В. Фрумкина). Проведение научных исследований на УНУ Глобусе-М также чрезвычайно важно для подготовки современных специалистов в области физики высокотемпературной плазмы и энергетики управляемого термоядерного синтеза. В исследованиях, проводимых на сферическом токамаке Глобус-М, постоянно принимают участие студенты, аспиранты, преподавательский, научный и инженерный персонал Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого(С. Петербург), АО "НИИЭФА" (С. Петербург), НИЦ "Курчатовский институт" (Москва), ГНЦ РФ ТРИНИТИ (Москова). Технические параметры: тороидальное магнитное поле (R=0.36м, Тл)    0,55; расход магнитного потока, 240 мВб; ток плазмы, 0,35 МА; большой радиус, R, 0,36 м; Малый радиус, a, 0,24 м; аспектное отношение, R/a     = 1,5; вертикальное удлинение плазменного шнура    2,2; треугольность 0,45; средняя плотность плазмы, 1,2-1020; запас устойчивости, q95, 2; относительное давление 14; параметр МГД устойчивости 6; температура ионов (макс.) 1,0 кэВ; температура электронов (макс.) 1,4 кэВ; суммарная мощность систем дополнительного нагрева плазмы  1,5 МВт.

Главные преимущества, обоснование уникальности установки, в том числе сопоставление УНУ с существующими аналогами

Глобус-М, первый и единственный в России и один из первых в мире сферических токамаков, был введен в эксплуатацию в 1999 году. Это единственная экспериментальная установка типа токамак, построенная в России за последние 25 лет и не имеющая отечественных аналогов. Установка предназначена для получения, удержания и исследования высокотемпературной плазмы в замкнутой тороидальной конфигурации и с магнитной изоляцией внешней границы. Глобус-М – одна из трех ведущих установок в мире, развивающих концепцию и отрабатывающих технологию удержания плазмы в новой “сферической геометрии” плазменного шнура с малым аспектным отношением тора (R/a = 1.5, где R=0.36м, а=0.24м - большой и малый радиусы тора соответственно). Уникальность сферического токамака Глобус-М заключается в том, что в геометрии малого аспектного отношения возможно создавать устойчивый плазменный шнур с большим током плазмы при небольшой величине тороидального магнитного поля. Следствием этого является высокая эффективность использования тороидального магнитного поля, позволяющая достигать больших значений нормализованного давления плазмы (тороидального бета), что важно для повышения экономической эффективности будущего термоядерного реактора. К числу других уникальных характеристик относится большая “естественная” вытянутость плазменного шнура в вертикальном направлении. Электромагнитная система и современная автоматическая система управления позволяют заданным образом изменять форму плазменного шнура и достигать величин вытянутости и треугольности, близких к предельным значениям. Глобус-М – это единственный в России токамак с дополнительным нагревом плазмы, в котором создается и изучается диверторная конфигурация плазменного шнура, оторванного от стенок камеры. Такая конфигурация, плазменного шнура предусмотрена в термоядерном токамаке - реакторе. Это позволяет проводить комплекс физических и инженерных исследований в поддержку строящегося международного экспериментального реактора ИТЭР. За рубежом сферические токамаки функционируют в Бразилии, Великобритании, Китае, США и Японии. К установкам, предназначенным для подтверждения принципиальных преимуществ удержания и нагрева плазмы в сферической геометрии, относятся кроме Глобуса-М только MAST, Великобритания и NSTX, США. Уникальность Глобуса-М для мировой программы исследований по физике высокотемпературной плазмы и управляемому термоядерному синтезу (УТС) заключается как в его физических, так и в инженерно-технических характеристиках. Несмотря на меньшие геометрические размеры, Глобус-М имеет самое высокое в мире среди сферических токамаков отношение тороидального магнитного поля к радиусу плазмы, а также самое большое значение усредненной по сечению шнура плотности тока плазмы. Оба этих параметра позволяют достигать большой плотности плазмы, превышающей 1×10^20 м-3. Плазма в установке тесно вписана в объем вакуумной камеры. В такой конфигурации создаются благоприятные возможности для размещения магнитных и других датчиков максимально близко к границе плазмы, а близость проводящей стенки стабилизирует развитие МГД неустойчивостей. Для защиты обращенной к плазме поверхности вакуумной камеры впервые в большом объеме успешно применены покрытия из графита типа РГ-Ti91. Впервые для сферических токамаков на установке Глобус-М применяется уникальное сочетание систем дополнительного нагрева плазмы – ВЧ нагрев ионно-циклотронного диапазона частот и инжекция пучков атомов суммарной мощностью до 2 МВт. Отличительной особенностью эксперимента является высокая мощность дополнительного нагрева плазмы на единицу объема. Удельная мощность дополнительного нагрева в 3-5 раз превышает удельную мощность нагрева на токамаках MAST и NSTX. Мощность вводится как в ионный, так и в электронный компоненты плазмы. Использование дополнительного нагрева плазмы в низком магнитном поле позволяет проводить ряд уникальных экспериментов по исследованию устойчивости плазменного шнура и генерации безындукционных токов увлечения. Только на токамаке Глобус-М исследуется и применяется новый, разрабатываемый в России метод для подачи топлива в центральную часть шнура на основе двухступенчатой плазменной пушки.

Основные направления научных исследований, проводимых с использованием УНУ

  • Отработка плазменных технологий сферического токамака, прототип для создания в России нового направления компактных токамаков с предельно высоким относительным давлением плазмы;
  • Эксперименты по достижению предельных значений плотности и давления плазмы;
  • Дополнительный нагрев при помощи инжекции пучка высокоэнергетичных атомов, ионно-циклотронный нагрев;
  • Взаимодействие плазма-стенка;
  • Инжекция рабочего газа при помощи плазменной пушки в центр шнура;
  • Диверторная конфигурация плазмы, оторванная от стенок;
  • Разработка средств диагностики плазмы.

Наиболее значимые научные результаты исследований

С момента запуска в 1999 г. на УНУ Глобус-М были осуществлены исследования по различным направлениям физики высокотемпературной плазмы и получены важнейшие результаты: - впервые в мире экспериментально было доказано, что сферический токамак может работать на границе предела МГД устойчивости по отношению к идеальным винтовым возмущениям магнитного поля; - впервые в России была разработана методика и получены оторванные от стенки и ограниченные сепаратрисой магнитные конфигурации плазмы (диверторные конфигурации). Такие конфигурации будут использованы в экспериментальном термоядерном реакторе ИТЭР; - впервые в мире для защиты обращенной к плазме поверхности использован графит марки РГ-Ti91. (В дальнейшем разработка с графитовой защитой стенки токамака была внедрена в установке КТМ, Казахстан); - достигнут устойчивый переход плазмы в режим улучшенного удержания (Н-мода), показано, что при малом аспектном отношении плазмы время удержания энергии находится в соответствии с экспериментальными законами подобия, заложенными в физическую базу ИТЭРа; - проведены эксперименты с мощным дополнительным нагревом нейтральным пучком (совместно с НИЦ "Курчатовский институт"). Мощность нагрева плазмы в расчете на единицу объема достигла рекордно высоких значений 2.5-3 МВт/м3; - впервые в мире на сферических токамаках осуществлен успешный нагрев ионного компонента плазмы с помощью ВЧ волн с частотами близкими к частоте фундаментальной гармоники ионного циклотронного резонанса; - впервые в мире на сферических токамаках апробирован метод старта разряда и генерации безындукционного тока с помощью ВЧ волн нижнегибридного диапазона с частотой (920 Мгц); - получены рекордные для отечественных исследований величины плотности и относительного давления плазмы. Параметр beta_Т (отношение давления плазмы к давлению тороидального магнитного поля) превысил значение в 14%, параметр beta_N, характеризующий МГД устойчивость плазмы при предельно высоких давлениях, вплотную приблизился к 6, средняя плотность плазмы достигла значения 1.2×10^20 м-3. Указанные параметры превышают в разы значения, полученные ранее на отечественных токамаках, и являются национальными рекордами, а величина параметра beta_N повторяет мировой рекорд. Опыт эксплуатации УСУ Глобус-М подтвердил преимущества концепции сферического токамака. Технологическая и научная база, разработанная в процессе реализации проекта Глобус-М, позволяет с уверенностью перейти к следующему шагу - созданию модернизированного варианта установки Глобус-М2 с увеличенными значениями магнитного поля и тока плазмы, что позволит провести необходимые эксперименты в поддержку компактных установок типа термоядерного источника нейтронов для гибридных схем "синтез-деление", работающих в подкритическом режиме.

194021, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 28
📷

Перечень объектов в составе УНУ (20)

Наименование Изготовитель Страна Год выпуска Количество единиц
Зонд Ленгмюра прыгающий
Назначение, основные характеристики
ООО ИФТ Россия 2015 1
Зонд Ленгмюра подвижный
Назначение, основные характеристики
ООО ИФТ Россия 2015 1
Система электромагнитная токамака Глобус-М2
Назначение, основные характеристики
ЗАО "ИНТЕХМАШ", АО "НИИЭФА" Россия 2015 1
Источник питания обмотки индуктора токамака реверсивный управляемый тиристорный Глобус-М
Назначение, основные характеристики
ООО "РИЛ" Россия 2015 1
Диагностика потоков атомов перезарядки токамака Глобус-М
Назначение, основные характеристики
ФТИ им. А.Ф. Иоффе, ООО ИФТ Россия 2014 1
Диагностика томсоновского рассеяния токамака Глобус-М
Назначение, основные характеристики
ФТИ им. А.Ф. Иоффе, ООО ИФТ Россия 2014 1
Система нижне-гибридной генерации тока токамака Глобус-М с антенной грилл
Назначение, основные характеристики
ФТИ им. А.Ф. Иоффе, ООО ИФТ Россия 2014 1
Система инжекционного нагрева плазмы токамака Глобус-М 50 кэВ
Назначение, основные характеристики
ИЯФ СО РАН Россия 2014 1
Система инжекционного нагрева плазмы токамака Глобус-М 40 кэВ
Назначение, основные характеристики
НИЦ КИ, ООО ИФТ Россия 2012 1
Электромагнитная система токамака Глобус-М
Назначение, основные характеристики
ФТИ им.А.Ф.Иоффе, АО "НИИЭФА", ЗАО "ИНТЕХМАШ" Россия 2014 1
Система управления и коммутации токамака Глобус-М
Назначение, основные характеристики
ФТИ им. А.Ф. Иоффе, ГНЦ РФ ТРИНИТИ Россия 2014 1
Система высоковакуумной откачки токамака Глобус-М
Назначение, основные характеристики
ФТИ им. А.Ф. Иоффе Россия 2014 1
Внеплощадочные кабельные сети
Назначение, основные характеристики
Ленакадемстрой СССР (до 1991 года включительно) 1987 1
Трансформаторная подстанция с кабельным коллектором
Назначение, основные характеристики
ХЭМЗ, УЭТМ СССР (до 1991 года включительно) 1987 1
Открытое распределительное устройство 110 кВ и трансформаторы, закрытое распределительное устройство 6-10 кВ и ОПУ
Назначение, основные характеристики
Ленакадемстрой СССР (до 1991 года включительно) 1987 1
Центральная сборка обмотки тороидального поля (Центральная колонна)
Назначение, основные характеристики
ЗАО "ИНТЕХМАШ", АО "НИИЭФА" Россия 2012 1
Вакуумная система токамака Глобус-М
Назначение, основные характеристики
ФТИ им. А.Ф.Иоффе Россия 2014 1
СВЧ интерферометр токамака Глобус-М с прецизионным источником питания для ламп обратной волны
Назначение, основные характеристики
ФТИ им. А.Ф. Иоффе Россия 2014 1
Система защиты прод.поля
Назначение, основные характеристики
ФТИ им. А.Ф. Иоффе Россия 2008 1
Система ионного циклотронного нагрева плазмы, включающая антенну и ВЧ генератор
Назначение, основные характеристики
ФТИ им. А.Ф. Иоффе Россия 2011 1

Услуги (12)

Для подачи заявки на оказание услуги щелкните по ее наименованию.
Наименование Приоритетное направление
Работы по испытанию сцинтилляционного детектора для гамма спектрометра для токамака ИТЭР.
- наиболее востребованная услуга
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Разработка и испытания защитного покрытия вакуумной камеры сферического токамака. Испытания защитного покрытия вакуумной камеры – подвергались воздействию плазменного разряда и плазменной струи из пушки
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Тестирование на токамаке cветосильного спектрометра высокой разрешающей силы SPT-DDHR-04, предназначенного для измерения параметров спектральных линий с целью определения ионной температуры
- наиболее востребованная услуга
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Испытание элементов защитного покрытия вакуумной камеры для термоядерных установок типа токамак
- наиболее востребованная услуга
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исследования взаимодействия высокотемпературной дейтериевой плазмы с вольфрамом при больших потоках мощности на первую стенку в сферическом токамаке Глобус-М
- наиболее востребованная услуга
Безопасность и противодействие терроризму
Экспериментальное и теоретическое изучение неиндукционного старта тока плазмы и неиндукционного поддержания тока в магнитных конфигурациях, характерных для сферических токамаков
- наиболее востребованная услуга
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Предоставление научного оборудования и экспериментальной базы данных для обучения студентов и для подготовки выпускных работ на соискание ученой степени бакалавра и магистра
- наиболее востребованная услуга
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Предоставление научного оборудования и экспериментальной базы данных для обучения студентов и для подготовки выпускных работ на соискание ученой степени бакалавра и магистра.
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Испытания фильтровых полихроматоров диагностики томсоновского рассеяния в поддержку модернизации токамака Т-15
- наиболее востребованная услуга
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Изучение материалов, взаимодействующих с плазмой и анализ продуктов их взаимодействия при больших потоках мощности на первую стенку
- наиболее востребованная услуга
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исследование в ближней инфракрасной области спектра в поддержку оптических диагностик токамака-реактора ИТЭР.Отработка методики обработки экспериментальных данных в поддержку диагностики томсоновского рассеяния дивертора ИТЭР
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Разработка систем диагностики для плазмы с малым аспектным отношением, сбор материалов и подготовка дипломных работ в учебном процессе. Исследование равновесия плазмы сферическо-го токамака с помощью компьютерных кодов
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика

Методики (15)

Наименование методики Наименование организации, аттестовавшей методику Дата аттестации
Методика измерения радиальных распределений параметов плазмы вблизи сепаратрисы подвижным зондом МИ 030-ФЦНА-2105
Методика расчетов и измерения анизотропной функции распределения быстрых ионов
Методика измерения потока нейтронов с помощью газоразрядных счетчиков CHM-11
Методика измерения радиационных потерь плазмы на основе спектрометрических измерений МИ 018-ФЦНА-2015
Методика создания плазмы и старта тока с помощью высокочастотной мощности нижнегибридного диапазона частот 900 МГц
Методика измерения энергетического состава пучка методом доплеровской спектроскопии
Методика измерения нейтронного выхода при взаимодействии пучка быстрых частиц с плазменной мишенью
Методика определения характеристик материалов после взаимодействия с плазмой
Методика испытаний сцинтилляционного детектора
Методика нагрева плазмы внешними источниками
Методика испытаний спектральной аппаратуры на токамаке
Методика обработки материалов с помощью плазменных разрядов
Методика измерений в ближней инфракрасной области спектра
Методика транспортных расчётов с помощью компьютерных кодов
Методика контроля параметров плазменной струи высокой плотности

Возврат к списку


0 комментариев

Комментарии отсутствуют!

Вы можете оставить свое сообщение первым.

Написать комментарий