Ваш браузер устарел!

Браузер, которым вы пользуетесь для просмотра этого сайта, устарел и не соответствует современным технологическим стандартам Интернета.

Вы можете установить последнюю версию подходящего браузера, воспользовавшись ссылками ниже:


Вернуться к списку УНУ

Установка для отработки методов нагрева и оптимизации сценариев удержания высокотемпературной плазмы

Сокращенное наименование УНУ: ТУМАН-3М

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

Ведомственная принадлежность: ФАНО России

Классификационная группа УНУ:

Год создания УНУ: 1980

Размер занимаемых УНУ площадей, кв. м: 805

Сайт УНУ: http://www.ioffe.ru/index.php?row=21&subrow=0

Заказать услуги УНУ

Контактная информация:

Местонахождение УНУ:

  • Федеральный округ: Северо-Западный
  • Регион: г. Санкт-Петербург
  • 194021, г. Санкт-Петербург, Политехническая, 26

Руководитель работ на УНУ:

Сведения о результативности за 2017 год (данные ежегодного мониторинга)

Участие в мониторинге: даЧисло организаций-пользователей, ед.: 3Число публикаций, ед.: 7Загрузка в интересах внешних организаций-пользователей, %: 20.38

Информация об УНУ:

УНУ ТУМАН-3М представляет собой токамак (Тороидальная Установка с Магнитным Адиабатическим Нагревом), предназначенный для исследования механизмов удержания и нагрева плазмы с целью создания массива данных, необходимых для сооружения реактора на основе реакции термоядерного синтеза. Параметры УНУ ТУМАН-3М: больший радиус тороидальной камеры R0=55 см, малый радиус al=25 см, максимальное тороидальное магнитное поле на оси камеры BT=1 Тл, максимальный ток по плазме Ip=180 кА, длительность разряда до 80 мс, электронная плотность и температура плазмы в центре разряда 5х10^19 м-3 и 550 эВ, соответственно, ионная температура до 360 эВ. На токамаке создан и эксплуатируется современный комплекс диагностических устройств, обеспечивающих измерение как стан-дартных параметров плазмы, так и ряда уникальных: потенциал плазмы, радиальное электрическое поле, интенсивность турбу-лентности плазмы. Благодаря конструктивным особенностям установки (относительно высокое электрическое сопротивление стенок камеры, наличие соответствующей коммутационной аппаратуры в системах питания и т.п.) возможно осуществление таких уникальных сценариев плазменного разряда, как быстрый подъем/сброс плазменного тока и быстрое сжатие/расжатие плазмы. Режим улучшенного удержания плазмы – так называемый Н-режим – позволяет существенно увеличить температуру и плотность плазмы по сравнению с обыкновенным режимом омического нагрева. Недавно введенный в эксплуатацию комплекс инжекционного нагрева плазмы (мощность до 600 кВт, энергия атомов до 28 кэВ) позволяет дополнительно расширить диапазон рабочих параметров установки, а также исследовать механизмы раскручивания и торможения вращения плазмы под действием мощного внешнего источника момента. Установленная во время последней модернизации система подавления рассеянных полей позволяет существен-но снизить уровень МГД активности плазмы (типа запертой моды), что дает возможность увеличения длительности плазменного разряда и повышения предельных параметров плазмы (плотности и температуры). Кроме того, во время последней модернизации (2009 г.) была усовершенствована система питания обмотки тороидального поля таким образом, что в стадии инжекционного нагрева (плато плазменного тока) индукция магнитного поля выросла на 40-50% от 0,68 до 1,0 Тл.  Перечисленные выше особенности установки позволяют осуществлять широкий спектр экспериментов по физике высоко-температурной плазмы и ставят установку в один ряд с мировыми исследовательскими центрами по физике УТС. Таким образом, главные достоинства токамака ТУМАН-3М состоят в следующем: - возможность проведения исследований в области удержания и нагрева плазмы в термоядерных тороидальных установках в различных режимах удержания и широком диапазоне параметров плазмы; - возможность работы в режиме улучшенного удержания плазмы - Н-режиме; - наличие комплекса инжекционного нагрева плазмы, позволяющего обеспечить нагрев ионной компоненты и исследовать нагрев, удержание плазмы и динамику ее вращения при более высоких параметрах; - наличие системы подавления рассеянных полей, позволяющих увеличить параметры плазмы и длительность разряда; - возможность проведения динамических экспериментов по быстрому подъему/сбросу плазменного тока и сжатию/расжатию плазмы; - наличие развитого диагностического комплекса, оборудованного современной системой сбора и обработки данных; - высокие параметры плазмы. Возможность получения на УНУ ТУМАН-3М значимых результатов подтверждается регулярной публикацией по результатам проведенных исследований статей в ведущих российских и мировых рецензируемых научных журналах и докладов на российских и международных конференциях, а также получением грантов на научные исследования и успешным выполнением работ по ним. На УНУ ТУМАН-3М возможно проведение междисциплинарных исследований на стыке таких направлений, как физика плазмы, физика взаимодействия плазменных потоков с поверхностью, материаловедение, разработка новых высокотехнологичных методов диагностики плазмы и др.

Главные преимущества, обоснование уникальности установки, в том числе сопоставление УНУ с существующими аналогами, многофункциональность и междисциплинарность УНУ:

Особенности установки позволяют осуществлять широкий спектр экспериментов по физике высокотемпературной плазмы и ставят установку в один ряд с мировыми исследовательскими центрами по физике УТС. Факторами, определяющими уникальность токамака ТУМАН-3М являются: - отсутствие аналогов в Российской Федерации, - возможность достижения значимых научных результатов с использованием его экспериментальных возможностей, - востребованностью получаемых на токамаке результатов со стороны научного сообщества, - экономической нецелесообразностью сооружения аналогичных установок, в частности высокой стоимостью и сложностью такого комплекса. По совокупности технических параметров установка ТУМАН-3М является уникальной в России и соответствует уровню таких зарубежных установок как TEXTOR (Германия), MAST (Великобритания), FTU (Италия), CHS (Япония).

Наиболее значимые научные результаты исследований (краткое описание):

Исследовано влияние рассеянных полей на качество разряда, и определены пути минимизации этого неблагоприятного влияния с целью получения более устойчивого разряда большей длительности. Разработана и изготовлена система компенсации рассеянных полей УНУ токамак ТУМАН-3М, и проведены эксперименты с ее применением, как в омическом режиме, так и при нагреве атомарным пучком. Исследован процесс формирования транспортных барьеров в условиях увеличенного тороидального поля. Исследована динамика радиального электрического поля. Проведены диамагнитные измерения энергозапаса плазмы и электронной температуры в УНУ токамак ТУМАН-3М в режиме омического нагрева. По данным обеих методик получена одинаковая зависимость времени удержания энергии от тока по плазме ~Ip^0.95. В результате экспериментов установлено, что время удержания энергии в токамаке в диапазоне магнитных полей 0,68 -1,0 Тл растет с величиной поля ~Bt^0.75. Полученный результат представляет ценность для работ по оптимизации конструкции ТИН (термоядерный источник нейтронов), который, как предполагается, будет работать именно в этом диапазоне полей. Проведено численное моделирование траекторий первичного и вторичного ионных пучков ДПТИ в разрядах с инжекцией атомарного нагревного пучка в направлении по плазменному току в УНУ токамак ТУМАН-3М. Разработан и осуществлен метод калибровки двухщелевого анализатора энергии вторичных ионов ДПТИ, позволяющий определять калибровочные функции анализатора непосредственно на токамаке.Проведено исследование NBI нагрева плазмы в увеличенном от 0,68 до 1,0 Тл магнитном поле. При этом зарегистрирован двукратный рост потока 2,45 МэВ D-D нейтронов. Обнаруженное улучшение захвата и удержания БИ привело к явному повышению эффективности нагрева ионов, что выражается в отсутствии насыщения Ti в стадии NBI нагрева при высокой плотности плазмы. Также наблюдается 50% увеличение прироста Ti при больших поле и токе. Максимальная ионная температура составила 0,36 кэВ. Проведены спектральные измерения скорости вращения плазмы, результаты сопоставлены с результатами измерения скорости течения плазмы с помощью зондов Маха. Измерения эволюции скорости вращения периферийной плазмы с помощью зонда Маха показали, что одновременно с LH переходом происходит быстрое (за ~0.5-1мс) уменьшение продольного числа Маха от 0.4 до 0.2, что соответствует изменению скорости тороидального вращения от значения Vtor~20км/с (в направлении по плазменному току) до Vtor~10км/с. Временная эволюция скорости тороидального вращения на границе шнура, определенная с помощью зондов Маха, качественно соответствует поведению радиального электрического поля и поведению скорости тороидального вращения ионов примеси. В режиме инициирования LH перехода под воздействием импульса counter-NBI нагрева по результатам спектральных измерений наблюдается заметное увеличение скорости тороидального вращения плазмы вблизи середины малого радиуса, т.е. примерно там, где и происходит эффективное взаимодействие атомарного пучка с плазмой. Исследован эффект снижения пороговой плотности LH перехода при нейтральной инжекции в направлении, противоположном плазменному току (counter-NBI). Подтверждено формирование H-режима (периферийного транспортного барьера) в этом сценарии и установлена локализация слоя отрицательного (направленного внутрь) радиального электрического поля, возбуждаемого в результате усиленных потерь быстрых ионов. В результате исследований альфвеновских мод, установлено, что при достигнутой плотности быстрых ионов влияние этих мод на удержание ионов невелико и легко может быть сведено к пренебрежимо малому путем увеличения тороидального магнитного поля. Исследование зависимости удержания быстрых ионов от параметров плазмы - плотности, магнитного поля и тока плазмы выявило наличие аномальных потерь, в результате которых время удержания быстрых ионов уменьшено по сравнению с предсказаниями классической теории. Показано, что возможной причиной аномальных потерь быстрых ионов является несохранение адиабатического инварианта при их движении в плазме. С помощью ДПТИ обнаружены и исследованы колебания потенциала плазмы на частоте геодезической акустической моды (ГАМ). Обнаружена корреляция между отключением ГАМ и инициированием LH-перехода. Разработана численная модель инициирования LH-перехода вспышкой ГАМ.  Обнаружены МГД-колебания с частотами порядка 1МГц в режиме омического нагрева. Зависимость частоты обнаруженных колебаний от параметров разряда (таких как магнитное поле и плотность плазмы) позволяет предположиить их альфвеновскую природу. С другой стороны, в режиме омическогонагрева отсутствует основной драйвер алфвеновских колебаний - быстрые ионы. Поэтому, предстваляет фундаментальный интерес исследование природы этих колебаний, как с точки зрения понимания их природы и источников, так и в отношении их эволюции при включении дополнительного (инжекционного) нагрева и возможного влияния на эфективность нагрева. Запущен тангенциальный криогенный инжектор водородных макрочастиц в плазму УНУ, начато исследование инициирования LH-перехода при испарении макрочастицы. Реализована система интернет-доступа к базе данных УНУ токамак ТУМАН-3М, позволяющая удаленным пользователям, обладающим правами доступа, анализировать результаты экспериментов на токамаке.

Направления научных исследований, проводимых на УНУ:

  • Исследование удержания вещества и энергии в режимах с улучшенным удержанием плазмы;
  • Исследование динамики МГД активности в плазме токамака в режимах при наличии и в отсутствие дополнительного нагрева;
  • Исследование режимов с динамическим воздействием на радиальное распределение плотности тока;
  • Исследование структуры радиального электрического поля в различных режимах удержания и его влияния на перенос вещества и энергии;
  • Разработка технологии и исследование эффективности пучкового нагрева плазмы в токамаке;
  • Исследование внутренних и периферийных транспортных барьеров и методов их формирования;
  • Исследование рассеянных магнитных полей, их влияния на удержание плазмы и способов их подавления;
  • Исследование геодезической акустической моды (ГАМ) и связи ее динамики с переключением режима удержания;
  • Исследования влияния тороидального магнитного поля на удержание плазмы в токамаке;
  • Исследование колебаний различной природы в плазме токамака (GAM, Альфвеновские моды и т.д.) и их влияния на удержание плазмы;
  • Инжекция водородных макрочастиц в плазму для инициирования LH-перехода и целей диагностики плазмы в УНУ ТУМАН-3М.

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):

    Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика

Фотографии:

Состав УНУ и вспомогательное оборудование: (номенклатура — 20 ед.)

Блок управления специализированными энергетическими модулями системы питания тороидального соленоида установки ТУМАН-3М
Фирма-изготовитель:  Иоффе Фьюжн Текноложи
Страна происхождения:  Россия
Год выпуска:  2008
Количество единиц:  6
Назначение, краткая характеристика: Управление работой специализированных энергетических модулей тороидального соленоида, быстродействие не хуже 100мкс

Блоки управления специализированными энергетическими модулями
Фирма-изготовитель:  Иоффе Фьюжн Текноложи
Страна происхождения:  Россия
Год выпуска:  2007
Количество единиц:  6
Назначение, краткая характеристика: Управление работой специализированных энергетических модулей, быстродействие не хуже 100мкс

Гереатор сигналов цифровой
Фирма-изготовитель:  Shijiazhuang Suin Industries Co, Ltd
Страна происхождения:  КНР
Год выпуска:  2017
Количество единиц:  1
Назначение, краткая характеристика: Генератор сигналов цифровой программируемый АКИП-3417 частота 1мкГц - 500МГц копьютерный интерфейс 2 канала

Измеритель энергетических характеристик излучения диагностического лазера установки ТУМАН-3М
Фирма-изготовитель:  «Электростекло»
Страна происхождения:  Россия
Год выпуска:  2011
Количество единиц:  1
Назначение, краткая характеристика: Аредназначен для измерения мощности и энергии лазерного импульса диагностики электронной температуры по томсоновскому рассеянию

Камера цифровая диагностическая
Фирма-изготовитель:  Промэнерголаб
Страна происхождения:  Россия
Год выпуска:  2013
Количество единиц:  1
Назначение, краткая характеристика: Предназначена для записи избражения распределения свечения макрочатицы при ее движении и испарении в плазме УНУ ТУМАН-3М

Контроллер насосов для инжектора нейтральных атомов
Фирма-изготовитель:  Альфа
Страна происхождения:  Россия
Год выпуска:  2006
Количество единиц:  2
Назначение, краткая характеристика: Управление насосами инжектора нейтральных атомов

Магнитометр VGM
Фирма-изготовитель:  Alpa Lab
Страна происхождения:  Соединённые Штаты Америки
Год выпуска:  2012
Количество единиц:  1
Назначение, краткая характеристика: Предназначен для измерения трех компонент вектора индукции остаточного (рассечнного) магнитного поля УНУ ТУМАН-3М

Модули AMBPCD/2xSD512/SS/L/FAN с субмодулями AMD414x65M/L
Фирма-изготовитель:  Инструментальные системы
Страна происхождения:  Россия
Год выпуска:  2012
Количество единиц:  2
Назначение, краткая характеристика: Предназначены для цифровой записи и первичной обработки сигналов МГД-зондов и других диагностик

Модуль сопряжения ДПТИ (HIBP-диагностика) с установкой ТУМАН-3М
Фирма-изготовитель:  НИИЭФА
Страна происхождения:  Россия
Год выпуска:  2012
Количество единиц:  1
Назначение, краткая характеристика: Предназначен для сопряжения камеры токамака с HIBP-диагностикой с целью обеспечения прохождения пучка вторичных ионов из плазмы в анализатор энергии ионов

Насосы для Инжектора нейтральных атомов
Фирма-изготовитель:  Альфа
Страна происхождения:  Россия
Год выпуска:  2006
Количество единиц:  2
Назначение, краткая характеристика: Модернизация инжектора нейтральных атомов, макс. скорость откачки: 500 л/сек

Оптический спектрометр MSDD -1000
Фирма-изготовитель:  ООО «Промэнерголаб»
Страна происхождения:  Россия
Год выпуска:  2010
Количество единиц:  1
Назначение, краткая характеристика: Предназначен для измерения спектров свечения примесей в плазме УНУ ТУМАН-3М с целью измерения состава примесей, ионной температуры плазмы, скорости вращения и пр.

Осциллограф цифровой
Фирма-изготовитель:  Keysight technologies
Страна происхождения:  Малайзия
Год выпуска:  2017
Количество единиц:  1
Назначение, краткая характеристика: Двухканальный цифровой скоростной осциллограф DSOX2022A с частотой семплирования 200МГц

Система компенсации магнитных полей токамака ТУМАН-3М
Фирма-изготовитель:  Иоффе Фьюжн Текноложи
Страна происхождения:  Россия
Год выпуска:  2009
Количество единиц:  1
Назначение, краткая характеристика: Уменьшение уровня рассеянных полей до уровня 3мТл. Источники питания должны обеспечивать ток в обмотках системы до 500А.

Спектрометр многоканальный высокоскоростной триггерный
Фирма-изготовитель:  Avantes BV
Страна происхождения:  Нидерланды
Год выпуска:  2005
Количество единиц:  1
Назначение, краткая характеристика: Контроль состава плазмы и инжекционного пучка,макс. разрешение: 0,6 ангстрем

Специализироанный стенд вакумирования УНУ ТУМАН-3М
Фирма-изготовитель:  Инертек
Страна происхождения:  Россия
Год выпуска:  2006
Количество единиц:  1
Назначение, краткая характеристика: Преназначен для создания, поддержания и измерения высокого вакуума в УНУ ТУМАН-3М Подготовка установки к эксперименту,макс. скорость вакуумирования: 500 л/сек

Специализированные энергетические модули
Фирма-изготовитель:  Иоффе Фьюжн Текноложи
Страна происхождения:  Россия
Год выпуска:  2007
Количество единиц:  6
Назначение, краткая характеристика: Модернизация системы питания тороидального соленоида; максимальная напряженность поля до 1.2 Тл

Специализированные энергетические модули питания тороидального соленоида установки ТУМАН-3М
Фирма-изготовитель:  Иоффе Фьюжн Текноложи
Страна происхождения:  Россия
Год выпуска:  2008
Количество единиц:  6
Назначение, краткая характеристика: Повышение стабильности тороидального магнитного поля до уровня не хуже 10% в течении мин. 60 мс

Спиральный вакуум-ный насос Anest Iwata ISP-250C
Фирма-изготовитель:  ANEST IWATA Corporation
Страна происхождения:  Япония
Год выпуска:  2012
Количество единиц:  1
Назначение, краткая характеристика: Спиральный безмасляный насос предназначен для форвакуумной откачки вакуумного тракта УНУ ТУМАН-3М и обеспечения высокой чистоты вакууа (отсутствия паров масла)

Токамак ТУМАН-3М
Фирма-изготовитель:  НИИЭФА
Страна происхождения:  СССР (до 1991 года включительно)
Год выпуска:  1979
Количество единиц:  1
Назначение, краткая характеристика: Получение и исследование горячей плазмы с целью получения управляемого термоядерного синтезаIp<170 кА,Bt<1 Тл,длит. 80 мс

Четырехканальный вакуумный измерительный пост
Фирма-изготовитель:  Agilent Technologies
Страна происхождения:  Соединённые Штаты Америки
Год выпуска:  2012
Количество единиц:  1
Назначение, краткая характеристика: Предназначен для измерения вакуума в различных частях вакуумного тракта и в камере УНУ ТУМАН-3М

Услуги УНУ: (номенклатура — 12 ед.)

Для подачи заявки на оказание услуги щелкните по ее наименованию

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):  Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):  Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):  Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):  Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):  Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):  Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):  Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):  Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):  Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):  Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):  Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):  Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика

Методики измерений, применяемые в ЦКП: (номенклатура — 21 ед.)

Методика выполнения измерений индивидуального эквивалента дозы фотонного излучения с применением термолюминесцентной дозиметрической системы типа КДТ-02 в комплекте с ТЛ-дозиметрами DTU-2
Наименование организации, аттестовавшей методику:  ФГУП "ВНИИм им. Д.И.Менделеева"
Дата аттестации:  03.04.2013
Методика уникальна:  нет

Методика измерения времени удержания быстрых ионов по нейтронному излучению плазмы

Методика измерения ионной температуры плазмы с помощью анализа энергии атомов перезарядки

Методика измерения параметров плазмы с помощью ДПТИ

Методика измерения параметров флуктуаций электронной плотности по обратному рассеянию СВЧ-излучения

Методика измерения плотности плазмы с помощью многоканальной СВЧ-интерферометрии

Методика измерения праметров периферийной плазмы (плотности, электронной темпрературы и др.) с помощью электростатических зондов

Методика измерения скорости вращения плазмы с помощью оптической доплеровской спектроскопии

Методика измерения состава и эволюции примесей в плазме токамака с помощью оптической спектроскопии

Методика измерения электронной температуры плазмы с помощью рассеяния лазерного излучения

Методика измерения энергозапаса плазмы по диамагнитному эффекту

Методика исследования величины и пространственного распределения остаточной намагниченности конструкций токамака

Методика исследования пространственного распределения и временной эволюции нейтронного излучения плазмы токамака

Методика исследования удержания быстрых ионов в плазме токамака по нейтронному излучению плазмы

Методика калибровки анализатора энергии вторичных ионов ДПТИ

Методика модификации величины, пространственного распределения и временной эволюции плотности плазмы в токамаке с помощью инжекции водородных макрочастиц

Методика нагрева плазмы с помощью инжекции пучка атомов высокой энергии

Методика поддержания равновесия плазменного шнура в токамаке с помощью автивной и пассивной систем управления

Методика управления величиной и временной эволюцией тороидального магнитного поля в токамаке с помощью программированного разряда емкостных накопителей

Методика исследования пространственно-временных характеристик высокочастотных МГД-колебаний альвфеноского диапазона с помощью массива внутрикамерных антенн

Методика измерения нейтронного выхода при взаимодействии пучка быстрых частиц с плазменой мишенью
Методика уникальна:  нет

Вернуться к списку УНУ

 

Для просмотра сайта поверните экран