Япония Торус-60 | |
---|---|
Тип устройства | Токамак |
Расположение | Нака , префектура Ибараки , Япония. |
Принадлежность | Японское агентство по атомной энергии |
Технические характеристики | |
Большой радиус | 3,4 м (11 футов) |
Малый радиус | 1,0 м (3 фута 3 дюйма) |
Объем плазмы | 90 м 3 |
Магнитное поле | 4 Т (40 000 G) (тороидальный) |
Продолжительность разряда | 65 сек. |
История | |
Год(ы) эксплуатации | 1985–2010 |
Предшествовал | JFT-2M |
Преемник | JT-60SA |
Связанные устройства | ТФТР |
Ссылки | |
Веб-сайт | www.qst.go.jp/site/jt60-english/ |
Япония Torus-60 Super Advanced | |
---|---|
Тип устройства | Токамак |
Расположение | Нака , префектура Ибараки , Япония. |
Принадлежность | QST + F4E |
Технические характеристики | |
Продолжительность разряда | 100 с |
История | |
Дата(ы) строительства | 2013 - 2020 |
Год(ы) эксплуатации | 2023–настоящее время |
Предшествовал | JT-60U |
Связанные устройства | ИТЭР |
Ссылки | |
Веб-сайт | www.jt60sa.org/wp/ |
JT-60 (сокращение от Japan Torus-60 ) — крупный исследовательский токамак , флагман дирекции термоядерной энергии Японского национального института квантовой науки и технологий . По состоянию на 2023 год устройство известно как JT-60SA и является крупнейшим в мире действующим сверхпроводящим токамаком, [1] построенным и эксплуатируемым совместно Европейским союзом и Японией в Наке , префектура Ибараки . [2] [3] SA означает сверхсовременный токамак , включающий в себя D-образное плазменное поперечное сечение , сверхпроводящие катушки и активное управление с обратной связью.
По состоянию на 2018 год [обновлять]JT-60 удерживает рекорд по самому высокому значению достигнутого продукта тройной реакции синтеза :1,77 × 10 28 К · с · м −3 =1,53 × 10 21 кэВ · с · м −3 . [4] [5] На сегодняшний день JT-60 имеет мировой рекорд по самой высокой температуре ионов, когда-либо достигнутой (522 миллиона °C); этот рекорд был побит машиной TFTR в Принстоне в 1996 году. [6]
JT-60 был впервые разработан в 1970-х годах в период возросшего интереса к ядерному синтезу со стороны крупнейших мировых держав. В частности, США , Великобритания и Япония были мотивированы превосходными характеристиками советского Т-3 в 1968 году для дальнейшего развития этой области. Японский институт атомной энергии (JAERI), ранее занимавшийся исследованиями деления с 1956 года, направил усилия на термоядерный синтез.
JT-60 начал работу 8 апреля 1985 года [7] и продемонстрировал производительность, значительно ниже прогнозируемой, как и TFTR и JET, которые начали работу незадолго до этого.
В течение следующих двух десятилетий JET и JT-60 возглавили усилия по восстановлению производительности, изначально ожидаемой от этих машин. В это время JT-60 претерпела серьезную модификацию, получив название JT-60U (для «модернизации») в марте 1991 года. [8] Изменение привело к значительному улучшению производительности плазмы.
Основной целью модернизации JT-60U было «исследование удержания энергии вблизи состояния безубыточности, [a] неиндуктивного тока привода и физики горящей плазмы с дейтериевой плазмой». Для достижения этого были заменены катушки полоидального поля и вакуумный сосуд. Строительство началось в ноябре 1989 года и было завершено в марте 1991 года. [9] Эксплуатация началась в июле. [10]
31 октября 1996 года JT-60U успешно достиг экстраполированной безубыточности с коэффициентом Q DT eq = 1,05 при2,8 МА . Другими словами, если бы однородное дейтериевое топливо было теоретически заменено смесью дейтерия и трития в соотношении 1:1 , реакция синтеза создала бы выход энергии в 1,05 раза больше энергии, использованной для начала реакции. JT-60U не был оборудован для использования трития, так как это добавило бы значительные затраты и риски безопасности.
В феврале 1997 года была начата модификация дивертора с формы открытого типа на полузакрытую W-образную форму для лучшего контроля частиц и примесей, которая была завершена в мае. [11] [12] [13] Эксперименты, имитирующие выхлоп гелия в ИТЭР, были оперативно выполнены с модифицированным дивертором с большим успехом. В 1998 году модификация позволила JT-60U достичь экстраполированного коэффициента усиления энергии термоядерного синтеза Q DT eq = 1,25 при2,6 МА . [14] [15] [16]
В декабре 1998 года была завершена модификация вакуумной насосной системы, начатая в 1994 году. В частности, двенадцать турбомолекулярных насосов с масляными подшипниками и четыре масляных роторных вакуумных насоса были заменены на магнитно-подвешенные турбомолекулярные насосы и сухие вакуумные насосы. Модернизация сократила потребление жидкого азота 15-летней системой на две трети. [17]
В 2003 финансовом году продолжительность плазменного разряда JT-60U была успешно увеличена с15 с до65 с . [18]
В 2005 году в вакуумной камере были установлены плитки из ферритной стали (ферромагнетика) для коррекции структуры магнитного поля и, следовательно, снижения потерь быстрых ионов. [19] [20] JAEA использовала новые детали в JT-60, улучшив его способность удерживать плазму в мощном тороидальном магнитном поле.
Где-то в 2007-2008 годах для контроля давления плазмы в области пьедестала и оценки влияния топлива на самоорганизацию структуры плазмы в JT-60U была установлена система сверхзвуковой инжекции молекулярного пучка (SMBI). Проект системы был результатом сотрудничества Кадараша , CEA и JAEA. [21]
JT-60U завершил свою деятельность 29 августа 2008 года. [22]
JT-60SA является преемником JT-60U, работающим в качестве спутника ИТЭР , как описано в Соглашении о более широком подходе. Это полностью сверхпроводящий токамак с гибкими компонентами, которые можно настраивать для поиска оптимизированных конфигураций плазмы и решения ключевых физических проблем. [23] Сборка началась в январе 2013 года и была завершена в марте 2020 года. После серьезного короткого замыкания во время комплексного ввода в эксплуатацию в марте 2021 года, которое потребовало длительного ремонта, он был объявлен активным 1 декабря 2023 года. Общая стоимость его строительства оценивается примерно в 560 000 000 евро с учетом инфляции. [24]
Весом примерно 2600 коротких тонн (2400 т) [25] сверхпроводящая магнитная система JT-60SA включает в себя 18 D-образных тороидальных катушек из ниобия-титана , центральный соленоид из ниобия-олова и 12 катушек равновесного поля.
Идея усовершенствованного токамака, токамака, использующего сверхпроводящие катушки, восходит к началу 1960-х годов. Идея казалась очень многообещающей, но не без проблем. Примерно в январе 1972 года инженеры JAERI инициировали попытку дальнейшего исследования идеи и попытались решить ее препятствия. [26] Эта инициатива развивалась параллельно с разработкой JT-60, [27] и к 1983-84 годам было решено, что она представляет собой собственный экспериментальный реактор: FER (Fusion Experimental Reactor). [28]
Однако модернизация JT-60U в 1991 году продемонстрировала значительную гибкость мощностей и сборочной площадки JT-60, поэтому к январю 1993 года FER был обозначен как модификация JT-60U и переименован в JT-60SU (от Super Upgrade). [29]
В январе 1996 года в журнале 16-й Международной конференции по криогенной технике и материалам была опубликована статья, в которой подробно описывались сверхпроводящие свойства композитного провода Nb3Al и процесс его изготовления. [30] Инженеры оценили потенциальное использование алюминида в 18 тороидальных катушках JT-60SU. [31]
Проекты и намерения по модификации менялись в течение следующего десятилетия, до февраля 2007 года, когда было подписано Соглашение о более широком подходе между Японией и Европейским сообществом по атомной энергии . [32] В нем Программа спутникового токамака установила четкую, определенную цель для JT-60SA: действовать как маломасштабный ИТЭР. Таким образом, JT-60SA мог бы дать инженерам ретроспективный взгляд на сборку и эксплуатацию полномасштабного реактора в будущем.
Планировалось разобрать JT-60 и затем модернизировать его до JT-60SA, добавив сверхпроводящие катушки из ниобия и титана к 2010 году. [4] [33] Предполагалось, что JT60SA сможет работать с плазмой той же формы, что и ITER. [33] : 3.1.3 Центральный соленоид был спроектирован с использованием ниобия-олова (из-за более сильного поля (9 Тл)). [33] : 3.3.1
Строительство токамака официально началось 28 января 2013 года со сборки основания криостата, которое было доставлено из Авилеса, Испания, за 75 дней путешествия. [a] Событие широко освещалось в местных и национальных новостях, и репортеры из 10 медиаорганизаций смогли стать его свидетелями лично. [34]
Сборка вакуумной камеры началась в мае 2014 года. Вакуумная камера была изготовлена в виде десяти секторов с различными дугами (20°x1, 30°x2, 40°x7), которые должны были быть установлены последовательно. 4 июня 2014 года были установлены два из десяти секторов. В ноябре 2014 года были установлены семь секторов. В январе 2015 года были установлены девять секторов.
Строительство должно было продолжаться до 2020 года, а первая плазма была запланирована на сентябрь 2020 года. [35] Сборка была завершена 30 марта 2020 года, [36] а в марте 2021 года он успешно достиг своего полного проектного тороидального поля с током 25,7 кА. [37]
Этот раздел нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( Февраль 2024 ) |
9 марта 2021 года проводилось испытание возбуждения катушки на катушке равновесного поля № 1 (EF1), когда ток катушки быстро увеличивался, а затем внезапно выровнялся . Реактор был безопасно остановлен в течение следующих нескольких минут, в течение которых давление в криостате увеличилось с10 × 10−3 Па в7000 Па . Исследования последовали немедленно.
Инцидент, который стал известен как «инцидент с фидером EF1», был признан вызванным крупным коротким замыканием, возникшим из-за недостаточной изоляции выхода проводника датчика гашения. Образовавшаяся дуга повредила оболочки EF1, что привело к утечке гелия в криостат.
В общей сложности 90 мест требовали ремонта, а датчики машины нужно было перемонтировать. Однако сложная JT-60SA была спроектирована и собрана с большой точностью, что означало, что доступ к машине иногда был ограничен. Риски дальнейшей задержки плазменных операций усугубляли проблему. [38]
Команда JT-60SA была разочарована инцидентом, учитывая, насколько близко машина была к эксплуатации, но проявила выдержку.
Ремонтные работы были завершены в мае 2023 года и началась подготовка к эксплуатации. [39]
JT-60SA получил первую плазму 23 октября 2023 года, что делает его крупнейшим действующим сверхпроводящим токамаком в мире по состоянию на 2024 год. [1] Реактор был объявлен активным 1 декабря 2023 года. [40]
(60 обозначает JT-60, 60U обозначает JT-60U, 60SA обозначает JT-60SA) («60SA I» относится к начальной/комплексной фазе исследований JT-60SA, «60SA II» относится к расширенной фазе исследований)
Объем | Текущий | Большой радиус | Малый радиус | Соотношение сторон | Высота | Длина импульса | Удлинение | Треугольность | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
60 | 2.1 МА -2,6 МА | 3 м | 0,85 м -0,95 м | 3.52 - 3.15 | 5 сек. | ||||
60У | 90 м 3 | 3 МА | 3,4 м | 1 м | 3.4 | 1,5 ± 0,3 м | 65 сек. | 1,5 ± 0,3 | |
60СА I | 5,5 МА | 2,97 м | 1,17 м | 2.54 | 2,14 м | 100 с | 1.83 | 0,50 | |
60СА II | 5,5 МА | 2,97 м | 1,18 м | 2.52 | 2,28 м | 100 с | 1.93 | 0,57 |
Материал | Температура выпечки. | Сопротивление одного оборота | |
---|---|---|---|
60 | Инконель 625 | 500 °С | >1,3 мОм |
60У | Инконель 625 | 300 °С | 0,2 мОм |
60СА | Нержавеющая сталь 316L | 200 °С | 16 мкОм |
# | Повороты | Материал | Ток катушки | Индуктивность | Сопротивление | Постоянная времени | |
---|---|---|---|---|---|---|---|
60 | 18 | 1296 | 52,1 кА | 2.1 Н | 84 мОм | 25 сек. | |
60У | 18 | 1296 | AgOFCu | 52,1 кА | 2.1 Н | 97 мОм | 21,65 с |
60СА |
Строительство для модификации дивертора с исходного открытого типа на W-образный полузакрытый тип для улучшения контроля частиц было начато в феврале 1997 г.
Строительство для модификации дивертора с первоначального открытого типа на W-образный полузакрытый тип для улучшения контроля частиц было завершено в мае 1997 г.
3.1.3 Параметры машины: Вид JT-60SA с высоты птичьего полета показан на рис. I.3.1-1. Типичные параметры JT-60SA показаны в таблице I.3.1-1. Максимальный плазменный ток составляет 5,5 МА при относительно низком аспектном отношении плазмы (Rp = 3,06 м, A = 2,65, κ95 = 1,76, δ95 = 0,45) и 3,5 МА для плазмы в форме ИТЭР (Rp = 3,15 м, A = 3,1, κ95 = 1,69, δ95 = 0,36). Индуктивная работа с длительностью плоской вершины 100 с будет возможна в пределах общего доступного размаха потока 40 Вб. Система нагрева и тока будет обеспечивать 34 МВт инжекции нейтрального пучка и 7 МВт ECRF. Диверторная мишень спроектирована с возможностью водяного охлаждения для обработки тепловых потоков до 15 МВт/м2 в течение длительного времени. Годовой нейтронный бюджет составляет 4x1021 нейтроновмного подробностей о JT-60SA в разделе 3
{{cite journal}}
: Цитировать журнал требует |journal=
( помощь )