Испытательная установка нейтрального пучка ИТЭР
Вид на испытательную установку нейтрального пучка

Испытательная установка нейтрального пучка ИТЭР является частью Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР) в Падуе , Венето , Италия . [1] На установке будет размещен полномасштабный прототип инжектора нейтрального пучка реактора , MITICA (Megavolt ITer Injector & Concept Advancement), и меньший прототип его источника ионов, SPIDER (Source for the Production of Ions of Deuterium Extracted from a Radio Frequency Plasma). [2] SPIDER начал свою работу в июне 2018 года. SPIDER будет использоваться для оптимизации источника ионов, оптимизации использования паров цезия и проверки однородности извлеченного пучка ионов также во время длинных импульсов.

ИТЭР нагревает нейтральные пучки

Для подачи мощности в термоядерную плазму в ИТЭР будут установлены два нагревательных инжектора нейтрального  пучка. Они рассчитаны на подачу мощности 17 МВт каждый через 23  -метровые каналы пучка до контейнера диаметром четыре метра: для того, чтобы вложить достаточную мощность нагрева в плазменное ядро ​​вместо плазменных краев, энергия частиц пучка должна составлять около 1  МэВ, тем самым увеличивая сложность системы нейтрального пучка до беспрецедентного уровня. Это будет основная вспомогательная система нагрева реактора. Из-за своей низкой эффективности преобразования инжектор нейтрального пучка сначала должен запустить прекурсорный отрицательный ионный пучок 40  А, а затем нейтрализовать его, пропустив его через газовую ячейку (с эффективностью <  60%), а затем с помощью сброса остаточных ионов (остальные 40—20% отрицательных, 20% положительных). Затем нейтрализованный пучок сбрасывается на калориметр во время фаз кондиционирования или соединяется с плазмой. Дальнейшие потери реионизации или перехват механическими компонентами снижают его ток до 17  А. [3]

Цели

Внутренний вид испытательной установки нейтрального пучка; фотография сделана с верхней части биозащиты MITICA во время обслуживания SPIDER (повторная сборка SPIDER продолжается в рабочей зоне в центре фотографии)

Роль испытательного центра включает в себя исследования и разработки по следующим темам:

  • удержание напряжения: из-за нейтронной среды это будет первый источник пучка при -1  МВ с вакуумной изоляцией вместо газовой изоляции ( SF
    6    обычно используется газ);
  • Образование отрицательных ионов: требования к плотности тока, извлекаемого из источника цезированных ионов, находятся на пределе возможностей современной технологии плазменных источников ионов.
  • Оптика пучка: исходный ионный пучок генерируется в многосеточном электростатическом ускорителе, имеющем 1280 отверстий в каждой из 7 сеток, составляющих его. Поскольку общая ширина пучка вдоль дрейфа пучка (около 25  м) обусловлена ​​оптикой каждого из 1280 пучков, выравнивание сетки и возмущения, создаваемые магнитными полями и полями электростатических ошибок, должны быть тщательно проверены.
  • вакуумные насосы: два крионасоса  длиной 8 м и высотой 1,6 м будут установлены с каждой стороны вакуумного сосуда. Необходимо проверить усталостную  долговечность компонентов, работающих с циклами от 4  К до 400 К. 
  • тепловая нагрузка на механические компоненты: на электродах, используемых для ускорения пучка, и вдоль пути пучка механические компоненты подвергаются очень высоким тепловым нагрузкам. Эти нагрузки непрерывно прикладываются в течение длинных импульсов, до 1  ч. Эти нагрузки в любом случае ниже, чем тепловые нагрузки, ожидаемые на диверторных пластинах ИТЭР.

Прототипы в NBTF

Извлечение отрицательных ионов с уменьшенным количеством пучков в ходе ранней объемной эксплуатации SPIDER (май/июнь 2019 г.)

SPIDER — первое крупное экспериментальное устройство, которое начнет работу на испытательном полигоне (май 2018 г.). В настоящее время закупаются компоненты MITICA, а его первая эксплуатация ожидается в конце 2023 г.

ПАУК

Конструктивные параметры SPIDER следующие:

  • Тип: источник отрицательных ионов на основе поверхностной плазмы с цезиевым зарядом
  • Источник плазмы: 8 цилиндрических ВЧ-драйверов, работающих на частоте 1  МГц, подключенных к одной расширительной камере размером 0,8  м  ×  1,6  м  ×  0,25 м 
  • Технологический газ: водород или дейтерий
  • Ток пучка извлечённых отрицательных ионов водорода: 54  А (целевое значение)
  • Электроды и номинальные напряжения: плазменная сетка (-110  кВ), экстракционная сетка (-100  кВ), заземленная сетка (0  В)
  • Количество лучей и диаграмма направленности лучей из нескольких лучей: 1280 лучей, разделенных на группы 4  ×  4 лучей по 5  ×  16 лучей в каждой

В течение 2018 года был оптимизирован плазменный разряд восемью ионными источниками ВЧ-драйверов. В 2019 году началась работа с водородным отрицательным ионным пучком: в течение первого года SPIDER будет работать с уменьшенным количеством бимлетов (80 вместо 1280) из-за ограничений в вакуумной системе. В 2021 году была проведена первая операция с цезием.

Возможности

Возможности SPIDER и MITICA перечислены в следующей таблице в сравнении с целями ITER Heating Neutral Beam и другими существующими устройствами на основе источников с радиочастотным приводом. Полученные результаты, представленные в таблице, относятся к работе при низком давлении заполнения 0,3 Па; заметное улучшение характеристик обнаружено при более высоких рабочих давлениях, но низкое давление требуется для минимизации тепловых нагрузок из-за блуждающих частиц, образующихся при взаимодействии ионов пучка с фоновым газом вдоль многосеточного электростатического ускорителя источников MITICA и ITER HNB.

ЭкспериментПервая операцияЭнергия луча (достигнутая/целевая)ток отрицательного ионного пучка (достигнутый/целевой)Плотность тока отрицательного ионного пучка (достигнутая/целевая)Тип источника ионовТип ускорителяТип нейтрализатораДлина линии лучаЭквивалентный ток нейтрального пучкаЦелевая расходимость единичного пучка при 0,3 Па (гауссово 1/e)Достигнутая расходимость единичного пучка при 0,3 Па ±10% (гауссово 1/e)
Обновление БЭТМЕНА [4]обновлен в 2018 году~60 кВ? (водород)350 А/м 2 [5] / 330 А/м 2 (водород)Источник поверхностной плазмы с цезиевым возбуждением, работающий на ВЧ-излученииМногоапертурный электростатический триод-~3 м--11 мрад (расхождение ядра, включая ~75% тока пучка)
ЭЛИС [6]февраль 2013 г.~60 кВ~27 А (водород)~280 А/м 2 [7] / 330 А/м 2 (водород)Источник поверхностной плазмы с цезиевым возбуждением, работающий на ВЧ-излученииМногоапертурный электростатический триод-~5 м---
ПАУКМай 2018 г.50 кВ [8] / 110 кВ~1 А [8] / 54 А (водород)225 А/м 2 [8] / 330 А/м 2 (водород)Источник поверхностной плазмы с цезиевым возбуждением, работающий на ВЧ-излученииМногоапертурный электростатический триод-~5 м-<7 мрад12 мрад [8]
МИТИКА2025 (ожидается)880 кВ (водород) / 1000 кВ (дейтерий)-/ 40 А (водород)-/ 330 А/м 2 (водород)Источник поверхностной плазмы с цезиевым возбуждением, работающий на ВЧ-излученииКонцепция многосетчатой ​​многоапертурной конструкции (7 электродов)4 Газовые ячейки~13 м16,7 А<7 мрад-
ИТЭР HNBБудет определено880 кВ (водород) / 1000 кВ (дейтерий)40 А-/ 330 А/м 2 (водород)Источник поверхностной плазмы с цезиевым возбуждением, работающий на ВЧ-излученииКонцепция многосетчатой ​​многоапертурной конструкции (7 электродов)4 Газовые ячейки~22,5 м16,7 А<7 мрад-

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "ITER Neutral Beam Test Facility: Construction is progressing fast in Padova". EUROfusion . 15 июля 2013 г. Архивировано из оригинала 2016-01-27 . Получено 2023-11-05 .
  2. ^ В. Тойго, Д. Бойлсон, Т. Боничелли, Р. Пиован, М. Ханада и др. 2015 Нукл. Фьюжн 55:8 083025
  3. ^ LR Grisham, P Agostinetti, G Barrera, P Blatchford, D Boilson, J Chareyre и др., Последние усовершенствования конструкции системы нейтрального пучка ITER, Fusion Engineering and Design 87 (11), 1805-1815
  4. ^ Fantz, U.; Bonomo, F.; Fröschle, M.; Heinemann, B.; Hurlbatt, A.; Kraus, W.; Schiesko, L.; Nocentini, R.; Riedl, R.; Wimmer, C. (2019). «Расширенные возможности характеризации пучка NBI на недавно улучшенном испытательном стенде BATMAN Upgrade». Fusion Engineering and Design . 146 : 212– 215. Bibcode : 2019FusED.146..212F. doi : 10.1016/j.fusengdes.2018.12.020. hdl : 21.11116/0000-0004-8043-F .
  5. ^ Хайнеманн, Б.; Фантц, У.; Краус, В.; Шиеско, Л.; Виммер, К.; Вюндерлих, Д.; Бономо, Ф.; Фрёшле, М.; Ночентини, Р.; Ридл, Р. (2017). «К большим и мощным источникам отрицательных ионов с радиочастотным управлением для термоядерного синтеза». Новый журнал физики . 19 (1): 015001. Бибкод : 2017NJPh...19a5001H. дои : 10.1088/1367-2630/aa520c .
  6. ^ Крупнейший в мире испытательный центр для источников отрицательных ионов открывается для разработки нагрева для ИТЭР – декабрь 2012 г. Архивировано 02.08.2019 на Wayback Machine . Получено 02.08.2019.
  7. ^ Fantz, U.; Briefi, S.; Heiler, A.; Wimmer, C.; Wünderlich, D. (2021). «Источники отрицательных ионов водорода для термоядерного синтеза: от генерации плазмы до свойств пучка». Frontiers in Physics . 9 : 473. Bibcode : 2021FrP.....9..473F. doi : 10.3389/fphy.2021.709651 .
  8. ^ abcd Сартори, Э.; Агостини, М.; Барбисан, М.; Биги, М.; Болдрин, М.; Бромбин, М.; Касагранде, Р.; Даль Белло, С.; Дэн, М.; Дутей, BP; Фадоне, М.; Грандо, Л.; Майстрелло, А.; Павей, М.; Пимаццони, А. (2022). «Первые операции с цезием источника отрицательных ионов ПАУК». Ядерный синтез . 62 (8): 086022. Бибкод : 2022NucFu..62h6022S. дои : 10.1088/1741-4326/ac715e. ISSN  0029-5515.
  • Веб-сайт Consorzio RFX
  • Страница на сайте ИТЭР

45°23′26″с.ш. 11°55′40″в.д. / 45,39056°с.ш. 11,92778°в.д. / 45,39056; 11,92778

Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=ITER_Neutral_Beam_Test_Facility&oldid=1231409736"