Уча­стие Рос­сии в про­ек­те ИТЭР, часть II.

В пер­вой части ста­тьи про уча­стие Рос­сии в ИТЭР я по­ста­рал­ся за­тро­нуть те за­да­чи, ко­то­рые при­во­дят к по­яв­ле­нию новых про­из­водств. Во вто­рой части мы взгля­нем на те по­став­ки, ко­то­рые может быть не по­тре­бу­ют стро­и­тель­ства цехов и за­во­дов, но по­мо­гут раз­вить ин­же­нер­ные, на­уч­ные и тех­но­ло­ги­че­ские кадры, “на­тра­вив” их на за­да­чи ми­ро­во­го клас­са, а ино­гда и ни­ко­гда не ре­шав­ших­ся в мире.

Итак, в про­шлый раз мы оста­но­ви­лись на про­ек­те пер­вой стен­ки. Об­ра­щен­ные к плаз­ме де­та­ли то­ка­ма­ка, как я уже го­во­рил, одни из самых слож­ных для про­ек­ти­ро­ва­ния - на­груз­ки на эти де­та­ли, теп­ло­вые, элек­тро­маг­нит­ные, элек­три­че­ские, от ней­трон­ной ра­ди­а­ции, от си­стем на­гре­ва плаз­мы близ­кие к пре­дель­ным для любых мыс­ли­мых ма­те­ри­а­лов. Па­ра­мет­ры ИТЭР не остав­ля­ют за­зо­ров в про­ек­ти­ро­ва­нии. В том числе и в пря­мом смыс­ле - необ­хо­ди­мо рас­по­ло­жить кон­тур пер­вой стен­ки, со­бран­ной в слож­ный 3D паззл с точ­но­стью до 2 мм гло­баль­но, т.е. с от­но­си­тель­ной точ­но­стью при­мер­но 1/5000. И это с уче­том пе­ре­па­дов тем­пе­ра­тур в 300 гра­ду­сов! И это с уче­том веса де­та­лей ги­гант­ской ва­ку­ум­ной ка­ме­ры - сек­то­ра, из ко­то­рых она будет со­би­рат­ся с при­со­еди­нен­ны­ми ка­туш­ка­ми имеют массу по 1500 тонн. Для того, что бы вы­дер­жать за­пре­дель­ные до­пус­ка уста­нов­ки ком­по­нен­тов ди­вер­то­ра и пер­вой стен­ки, про­ек­ти­ров­щи­ки ИТЭР будут ис­поль­зо­вать две тех­но­ло­гии:

- Фо­то­грам­мет­ри­че­ские и ла­зер­ные ис­сле­до­ва­ния со­бран­ной кон­струк­ции ва­ку­ум­ной ка­ме­ры поз­во­лят с точ­ность 0.1 мм уста­но­вить ре­аль­ную ее гео­мет­рию.

- Спе­ци­аль­но за­ка­зан­ный ал­го­ритм расчи­та­ет для каж­до­го из 440 мо­ду­лей, ко­то­рые со­став­ля­ют стен­ку блан­ке­та сме­ще­ния в из­го­тов­ле­нии со­еди­ни­те­лей, через ко­то­рые мо­ду­ли на­ве­ши­ва­ют­ся на стен­ку. Т.е. каж­дый из 1660 со­еди­ни­те­лей (по 4 на мо­дуль) будет рас­свер­лен ин­ди­ви­ду­аль­но со сме­ще­ни­ем, что бы в итоге по­лу­чить идель­ное рас­по­ло­же­ние пер­вой стен­ки.

Рис. 1. Соединители-​опоры блоч­ных мо­ду­лей.

Эти самые со­еди­ни­те­ли будут из­го­тав­ли­вать­ся на вновь со­зда­ва­е­мом про­из­вод­стве НИ­КИ­ЭТ в Москве. Кроме ре­ше­ния “обыч­ных” задач про­ек­ти­ро­ва­ния - со­еди­ни­тель дол­жен за­дан­но упру­го под­да­вать­ся на уро­вень ра­ди­аль­ных уси­лий до 75 тонн, оста­вать­ся за­тя­ну­тым во всем диа­па­зоне тем­пе­ра­тур, и вме­сте с тем иметь воз­мож­ность раскручивания-​закручивания ро­бо­ти­зи­ро­ван­ной си­сте­мой об­слу­жи­ва­ния iter, иметь при этом элек­три­че­скую изо­ля­цию для умень­ше­ния вих­ре­вых токов через обо­лоч­ку. Так вот, к этому всему до­бав­ля­ем то, что за­креп­ле­ние каж­до­го со­еди­ни­тель­но­го мо­ду­ля будет про­ис­хо­дит по раз­но­му и по­лу­ча­ем ха­аро­шую ин­же­нер­ную за­дач­ку, во­круг ко­то­рой в НИ­КИ­ЭТ бьют­ся де­ся­ток спе­ци­а­ли­стов. Разве это не за­ме­ча­тель­но?

Еще одной де­та­лью из об­ра­щен­ных к плаз­ме из тех, что из­го­тав­ля­ют­ся в Рос­сии яв­ля­ет­ся цен­траль­ная сбор­ка Ди­вер­то­ра - спе­ци­аль­ной си­сте­мы внизу ва­ку­ум­ной ка­ме­ры то­ка­ма­ка.

Рис. 2. Общий вид Ди­вер­то­ра

Тут надо по­яс­нить, что за­да­ча ди­вер­то­ра - ра­бо­тать ми­ше­нью, на ко­то­рую по­сто­ян­но по­па­да­ет часть плаз­мы, по­па­да­ет - и охла­жда­ет­ся. Это поз­во­ля­ет быст­ро об­нов­лять плаз­му (1 раз за 10 се­кунд при­мер­но), и непре­рыв­но дер­жать ее чи­стой - толь­ко изо­то­пы во­до­ро­да и гелия. Зачем это надо? Дело в том, что водород-​гелий при таких тем­пе­ра­ту­рах иони­зи­ро­ван­ны пол­но­стью, а вот какой-​нибудь воль­фрам - нет. Пол­но­стью иони­зи­ро­ван­ная плаз­ма из­лу­ча­ет толь­ко с по­мо­щью тор­моз­но­го из­лу­че­ния, с энер­ги­ей ~T^½, а не пол­но­стью - по за­ко­ну Вина ~T^4. При этом непол­но­стью иони­зи­ро­ван­ная плаз­ма при на­гре­ве до 150 млн гра­ду­сов будет иметь мощ­но­стью из­лу­че­ния на 30 по­ряд­ков выше, ну ра­зу­ме­ет­ся такой мощ­но­сти взять­ся не от­ку­да, “гряз­ную” плаз­му про­сто невоз­мож­но на­греть выше 10 млн гра­ду­сов. Для по­сто­ян­ной чист­ки плаз­мы, а так же для сня­тия из нее тепла и слу­жит Ди­вер­тор. Теп­ло­вые по­то­ки, ко­то­рые при­ни­ма­ет на себя по­верх­ность ди­вер­то­ра - до 15 ме­га­ватт/м^2, это мак­си­мум, ко­то­рый может вы­дер­жать самый ту­го­плав­кий ма­те­ри­ал (воль­фрам) при непре­рыв­ном мощ­ном охла­жде­нии, не рас­пла­вив­шись. Соб­ствен­но для по­ни­ма­ния - 15 ме­га­ватт на метр квад­рат­ный - это по рас­ка­лен­ной элек­три­че­ской плит­ке на каж­дую кла­ви­шу вашей кла­ви­а­ту­ры. Толь­ко тем­пе­ра­ту­ра этой “плит­ки” в ИТЭР - 150 млн гра­ду­сов...

Рис. 3. Ди­вер­тор­ная кас­се­та. Из 54 иди­ен­тич­ный кас­сет со­бран ди­вер­тор. Они могут за­ме­нять­ся ро­бо­ти­зи­ро­ван­ной си­сте­мой об­слу­жи­ва­ния iter.

В Рос­сии будет из­го­тав­ли­вать­ся цен­траль­ная сбор­ка ди­вер­то­ра (ЦСД) или Dome. Тут надо чест­но при­знать, что ЦСД - самая сла­бо­на­гру­жен­ная де­таль ди­вер­то­ра. Маг­нит­ные си­ло­вые линии от­бра­сы­ва­ют плаз­му на внеш­нюю и внут­рен­нюю вер­ти­каль­ную ми­шень, ко­то­рые раз­ра­ба­ты­ва­ют и из­го­тав­ли­ва­ют Ев­ро­па и Япо­ния. Dome же пред­на­зна­чен для от­лав­ли­ва­ния нетраль­ных ча­стиц, и слу­жит ско­рее за­щи­той кас­се­ты. Тем не менее, это тех­но­ло­ги­че­ски очень непро­стое из­де­лие, ко­то­рое тоже будет из­го­тав­ли­вать НИ­И­ЭФА. Кроме того этот ин­сти­тут по­стро­ил уста­нов­ку “Цефей”, на ко­то­рой ис­пы­ты­ва­ют­ся про­то­ти­пы всех ми­ше­ней ди­вер­то­ра, что поз­во­ля­ет нашим ин­же­не­рам оста­вать­ся в “струе” тех­но­ло­гий самых теп­ло­на­пря­жен­ных кон­струк­ций в мире.

Рис. 4. Ис­пы­та­тель­ная уста­нов­ка "Цефей".

Необ­хо­ди­мо упо­мя­нуть еще об одной ис­пы­та­тель­ной уста­нов­ке, ко­то­рая будет из­го­тав­ли­вать­ся в Рос­сии, и по­став­лять­ся на пло­щад­ку - ис­пы­та­тель­ной стан­ции вста­вок пор­тов.  На кар­тин­ках ИТЭР хо­ро­шо видно, что “буб­лик” ва­ку­ум­ной ка­ме­ры про­ткнут пор­та­ми - эда­ки­ми ту­не­ля­ми, в ко­то­рые можно вты­кать смен­ные мо­ду­ли - встав­ки пор­тов.

Рис. 5 Порты Iter.

Такая встав­ка (и два ее удли­не­ния в сто­ро­ну от то­ка­ма­ка, ко­то­рые на­зы­ва­ют­ся cask modules и пред­став­ля­ют собой ав­то­ма­ти­че­ские плат­фор­мы, ко­то­рые можно под­сты­ко­вать к встав­ке порта) гер­ме­ти­зи­ру­ет порт, но при этом поз­во­ля­ет в ав­то­ма­ти­че­ском ре­жи­ме за­ме­нять обо­ру­до­ва­ния (вме­сте со стан­дарт­ной встав­кой), от­кры­вать до­ступ внутрь ва­ку­ум­ной ка­ме­ры для ро­бо­ти­зи­ро­ван­ной си­сте­мы об­слу­жи­ва­ния. Так вот, преж­де чем уста­нав­ли­вать встав­ку в порт, ее необ­хо­ди­мо ис­пы­тать на гер­ме­тич­ность, спо­соб­ность вы­дер­жи­вать  ра­бо­чие тем­пе­ра­ту­ры и пра­виль­ность гео­мет­рии. Это про­ис­хо­дит в спе­ци­аль­ной ва­ку­ум­ной ка­ме­ре, ко­то­рая имеет форму от­вет­ной части порта, и может нагревать-​измерять ха­рак­те­ри­сти­ки встав­ки порта. Таких стан­ций будет сде­лан­но 4 штуки на пред­при­я­тии “Крио­ген­маш”.

Рис. 6. Уста­нов­ка для те­сти­ро­ва­ния порт-​плагов. 

Есть еще кое какие эле­мен­ты, ко­то­рые из­го­тав­ли­ва­ет Рос­сия, но мы пе­рей­дем к, по­жа­луй, самой об­шир­ной те­ма­ти­ке - к ди­а­гно­сти­ке плаз­мы.

Рис. 7. Ди­а­гно­сти­че­ские си­сте­мы ITER

Ди­а­гно­сти­кой плаз­мы на­зы­ва­ют изу­че­ние ее ха­рак­те­ри­стик во время го­ре­ния. Ха­рак­те­ри­стик у плаз­мы масса - тем­пе­ра­ту­ры ионов и элек­тро­нов, токи ча­стиц, маг­ни­то­гид­ро­ди­на­ми­че­ские по­ка­за­те­ли, транс­порт тепла и ча­стиц по плаз­мен­но­му шнуру, вы­де­ле­ния ней­тро­нов и т.п. По­это­му на ИТЭР будет уста­нов­лен­но бес­пре­цен­дент­ное ко­ли­че­ство си­стем ди­а­гно­сти­ки плаз­мы - 47 штук. Эти си­сте­мы - в общем-​то на­уч­ные из­ме­ри­тель­ные при­бо­ры, на­при­мер бо­ло­мет­ри­че­ские или гамма ка­ме­ры (т.е. при­бо­ры стро­я­щие изоб­ра­же­ние плаз­мы в ИК и гамма лучах), ней­трон­ные де­тек­то­ры, ис­пы­та­тель­ные зонты в виде ра­дио­из­лу­че­ния или по­то­ка ней­траль­ных ато­мов, ла­зе­ры или спе­ци­аль­ные колбы, со­дер­жи­мое ко­то­рых ак­ти­ви­ру­ет­ся ней­трон­ным по­то­ком и пе­ре­да­ет­ся по труб­кам для изу­че­ния.

Вся эта ла­бо­ра­тор­ная тех­ни­ка, как уже можно до­га­дать­ся, в усло­ви­ях ИТЭР пре­об­ре­та­ет новые услож­не­ния - вы­со­кий ва­ку­ум, вы­со­кие тем­пе­ра­ту­ры, за­мет­ные по­то­ки иони­зи­ру­ю­ще­го и ней­трон­но­го из­лу­че­ния, чу­до­вищ­ное маг­нит­ное поле. Ах, да, забыл, со­зда­те­ли ИТЭР за­хо­те­ли, что бы любой их этих на­уч­ных ком­плек­сов можно было за­ме­нить, при­чем - не при­вле­кая пер­со­нал, ро­бо­ти­зи­ро­ван­но.

В итоге, раз­ра­бот­ка лю­бо­го из 47 си­стем ди­а­гно­сти­ки - слож­ней­шая ин­же­нер­ная и мет­ро­ло­ги­че­ская, а ино­гда и ма­те­ри­а­ло­вед­че­ская за­да­ча. Всего Рос­сий­ские уче­ные от­ве­ча­ют за раз­ра­бот­ку 9 (из 47 - т.е. почти 20%, при нашей доле в про­ек­те в 9%) ком­плек­тов ди­а­гно­сти­ки, и я по­ста­ра­юсь рас­ска­зать про каж­дый. Но преж­де, чем мы пе­рей­дем к ним, немно­го о свя­зан­ной за­да­че - ин­же­не­рии пор­тов.

Как я уже писал выше, в каж­дый порт (всего их у то­ка­ма­ка 44) будет под­го­тов­ле­на та или иная встав­ка, на­при­мер с ан­те­на­ми ра­дио­ча­стот­но­го на­гре­ва, те­сто­вы­ми мо­ду­ля­ми блан­ке­тов бу­ду­щих ре­ак­то­ров или вот с ди­а­гно­сти­че­ски­ми си­сте­ма­ми. Каж­дую ди­а­гно­сти­че­скую встав­ку необ­хо­ди­мо спро­ек­ти­ро­вать, пра­виль­но за­щи­тив при­ем­ные части при­бо­ров от плаз­мы, зда­ния от по­па­да­ния туда три­тия из ва­ку­ум­ной ка­ме­ры то­ка­ма­ка, людей, ко­то­рые шля­ют­ся по зда­ни­ям - от ней­трон­но­го из­лу­че­ния, ко­то­рое может прой­ти через сквоз­ные трубы, через ко­то­рые вы­во­дит­ся сиг­нал к ди­а­гно­сти­че­ским ком­плек­сам и т.п.

Рис. 8. Струк­ту­ра мо­ду­лей порта.

А ну да, это все надо со­брать в стан­дарт­ных га­ба­ри­тах встав­ки порта и 2 рас­ши­ри­тель­ных мо­ду­лей (ISS - interspace system и PCSS - port cell structure system), для воз­мож­но­сти быст­ро снять и от­пра­вить на об­слу­жи­ва­ние или за­ме­ну с по­мо­щью ро­бо­ти­зи­ро­ван­ных си­стем об­слу­жи­ва­ния (cask modules), а еще учесть воз­дей­ствие тем­пе­ра­тур и ва­ку­у­ма. Такая за­да­ча от­дель­но раз­да­ет­ся стра­нам участ­ни­кам, и нам до­ста­лась ин­же­не­рия 3 ди­а­гно­сти­че­ских пор­тов (из 14), в т.ч. для чужих (аме­ри­кан­ских и ки­тай­ских при­бо­ров). За­ни­мать­ся этой ин­же­не­ри­ей будет ИЯФ им. Буд­ке­ра, на­хо­дя­щий­ся в Но­во­си­бир­ске, сто­и­мость этой ра­бо­ты со­ста­вит “де­сят­ки мил­ли­о­нов руб­лей” (по моим при­кид­ка­ми - мил­ло­нов 60).

Рис. 9. Один из про­ек­ти­ру­е­мых в ИЯФ мо­ду­лей ди­а­гно­сти­ки.

Те­перь пе­рей­дем к непо­сред­ствен­но си­сте­мам ди­а­гно­сти­ки. Они раз­би­ты по трем ин­сти­ту­там уча­сти­кам (по 3 штуки) так что нач­нем.

Тро­иц­кий ин­сти­тут ТРИ­НИ­ТИ спро­ек­ти­ру­ет и ис­пы­та­ет три из них:

1. Вер­ти­каль­ная ней­трон­ная ка­ме­ра

Рис. 10. Линии зре­ния и рас­по­ло­же­ние ВНК в ди­вер­тор­ном порту.

Ней­трон­ная ка­ме­ра - это при­бор, с по­мо­щью ко­то­ро­го можно вос­ста­но­вить кар­ти­ну плот­но­сти вы­де­ле­ния ней­тро­нов (что равно кар­тине ско­ро­сти про­те­ка­ния тер­мо­ядер­ной ре­ак­ции) по се­че­нию плаз­мен­но­го шнура. Де­ла­ет­ся это с по­мо­щью то­мо­гра­фи­че­ской тех­ни­ки - шнур по всем на­прав­ле­ни­ям “про­ты­ка­ет­ся” вир­ту­аль­ны­ми ли­ни­я­ми, вдоль ко­то­рых ме­ря­ет­ся поток ней­тро­нов. Потом с по­мо­щью про­стран­ствен­но­го пре­об­ра­зо­ва­ния фурье можно по­счи­тать “ней­трон­но­вы­де­ле­ние” в каж­дой точке. Что тре­бу­ет­ся от та­ко­го при­бо­ра? Ну во-​первыъ хо­ро­шее про­стран­ствен­ное опре­де­ле­ние по­то­ка, т.е. линия, вдоль ко­то­рой мы из­ме­ря­ем поток ней­тро­нов долж­на быть узкой. Во-​вторых хо­ро­шее вре­мен­ное раз­ре­ше­ние - плаз­ма очень ди­на­мич­на. Время из­ме­ре­ния в ней­трон­ной ка­ме­ре долж­но быть не боль­ше 1 мс. Кроме того, ней­трон­ная “яр­кость” плаз­мы может раз­ли­чать­ся на 7 по­ряд­ков. Для того, что бы со­здать при­бор, удо­вле­тво­ря­ю­щий по­доб­ным тре­бо­ва­ни­ям, будут ис­поль­зо­вать­ся ал­маз­ные де­тек­то­ры, уста­нов­лен­ные после длин­ных кол­ли­ми­ру­ю­щих ка­на­лов. ТРИ­НИ­ТИ раз­ра­ба­ты­ва­ет по­доб­ные де­тек­то­ры и про­ек­ти­ру­ет ком­по­нов­ку этих длин­ных ка­на­лов внут­ри ва­ку­ум­ной ка­ме­ры ИТЭР для вер­ти­каль­ной со­став­ля­ю­щей ней­трон­ной ка­ме­ры. Ин­же­нер­ную ком­по­нов­ку вы­пол­ня­ет ИЯФ.

Рис. 11. Го­ри­зон­таль­ная ней­трон­ная ка­ме­ра. 

2. Ди­вер­тор­ный мо­ни­тор ней­трон­но­го по­то­ка.

Рис. 12. ДМНП и его рас­по­ло­же­ние в ди­вер­тор­ной кас­се­те.

Без­услов­но из всей ней­трон­ной ди­а­гно­сти­ки са­мы­ми важ­ны­ми при­бо­ра­ми яв­ля­ют­ся вер­ти­каль­ная ней­трон­ная ка­ме­ра и ней­трон­ный спек­тро­метр вы­со­ко­го раз­ре­ше­ния - все эти при­бо­ры вы­не­се­ны за пре­де­лы ва­ку­ум­ной ка­ме­ры iter. Про­бле­ма од­на­ко в том, что поток ней­тро­нов, ко­то­рый необ­хо­ди­мо из­ме­рить, может от­ли­чать­ся на 7 по­ряд­ков, и во весь рост вста­ет про­бле­ма ка­либ­ров­ки по­ка­за­ний этих двух при­бо­ров. Ка­либ­ров­ка же самых про­дук­тив­ных при­бо­ров ба­зи­ру­ет­ся на двух дру­гих си­сте­мах ди­а­гно­сти­ки - это мо­ни­то­ры пол­но­го ней­трон­но­го по­то­ка, и ак­ти­ва­ци­он­ный ана­лиз. ТРИ­НИ­ТИ за­ни­ма­ет­ся раз­ра­бот­кой и про­из­вод­ство ди­вер­тор­но­го мо­ни­то­ра ней­трон­но­го по­то­ка (ДМНП). Это устрой­ство, рас­по­ло­жен­ное прямо под цен­траль­ной сбор­кой ди­вер­то­ра обо­ру­до­ван­но 6 ка­ме­ра­ми с сцин­ци­ля­ци­он­ны­ми дат­чи­ка­ми, 3 из ко­то­рых чув­стви­тель­ны к быст­рым ней­тро­нам (и обо­ру­до­ван­ны раз­мно­жи­те­лем, ко­то­рый кон­вер­ти­ру­ет ней­тро­ны в гамма-​кванты  из  урана 238), от­ли­ча­ю­щих­ся чув­стви­тель­но­стью как 1:300:300, а три дру­гих чув­стви­тель­ны к теп­ло­вым ней­тро­нам. Для этого они по­гру­же­ны в слой воды тол­щи­ной несколь­ко см, и раз­мно­жи­тель у них из U235(да, да, из ору­жей­но­го урана!). Все это поз­во­ля­ет по­лу­чить при­бор, ко­то­рый может охва­тить 7 по­ряд­ков раз­ни­цы в по­то­ке ней­тро­нов и об­ла­да­ет вы­со­ким вре­мен­ным раз­ре­ше­ни­ем. При этом вы­бран­ная тех­но­ло­гия кон­вер­сии ней­тро­нов в гамма кван­ты слабо чув­стви­тель­ная к тем­пе­ра­ту­ре или к про­тон­но­му из­лу­че­нию. Если мы один раз про­ка­либ­ру­ем такой при­бор аб­со­лют­но, то он по­мо­жет при­вя­зать быст­рые из­ме­не­ния яр­ко­сти ней­трон­но­го по­то­ка в ка­ме­ре и спек­тро­гра­фе к аб­со­лют­ной шкале.

Кста­ти, еще одним спо­со­бом ка­либ­ров­ки яв­ля­ет­ся ак­ти­ва­ци­он­ный метод - фоль­ги раз­ных ма­те­ри­а­лов экс­по­ни­ру­ют­ся к ней­трон­но­му по­то­ку, ак­ти­ви­ру­ют­ся, потом встро­ен­ной пнев­мо­поч­той до­став­ля­ют­ся в ла­бо­ра­то­рию в зда­нии ди­а­гно­сти­ки, где по сте­пе­ни ак­ти­ва­ции можно мно­гое ска­зать о пол­ном ней­трон­ном флю­ен­се и даже спек­тре этих самых ней­тро­нов. Так осу­ществ­ля­ет­ся уже аб­со­лют­ная при­вяз­ка всех при­бо­ров.

Рис. 13. Рас­по­ло­же­ние стан­ций для ак­ти­ва­ци­он­но­го ана­ли­за в ва­ку­ум­ной ка­ме­ре.

Вто­рая ос­нов­ная за­да­ча ДМНП - из­ме­ре­ние ней­трон­ной на­груз­ки на ди­вер­тор.

Надо за­ме­тить, что автор этих строк очень кос­ве­но при­ча­стен к раз­ра­бот­ке элек­трон­ной части стен­да в ТРИ­НИ­ТИ для ней­трон­ной ди­а­гно­сти­ки плаз­мы :)

3. Ак­тив­ная спек­тро­ско­пия (Сто­и­мость про­ек­та 244 мил­ли­о­нов руб­лей в ценах 2008 ко­ли­че­ство участ­ни­ков - 10 че­ло­век)

Рис. 14. Ком­по­нов­ка ак­тив­ной спек­тро­ско­пии от­но­си­тель­но ди­а­гно­сти­че­ско­го ней­траль­но­го ин­жек­то­ра.

Уни­каль­ная ме­то­ди­ка спек­тро­ско­пии, поз­во­ля­ю­щая по­лу­чать ин­фор­ма­цию из цен­тра плаз­мен­но­го шнура. Ин­фор­ма­цию о кон­це­т­ра­ции гелия, о тем­пе­ра­ту­ре ионов, о ско­ро­сти кол­лек­тив­ных дви­же­ний плаз­мы (т.н. ро­та­ции). В со­ста­ве Iter есть т.н. ди­а­гно­сти­че­ский пучек нетраль­ных ато­мов: спе­ци­аль­ный ап­па­рат, ко­то­рый иони­зи­ру­ет дей­те­рий, раз­го­ня­ет его до по­тен­ци­а­ла 100 кЭв, и даль­ше ней­тра­ли­зу­ет: в раз­ря­жен­ном газу ионы дей­те­рия об­ме­ни­ва­ют­ся за­ря­да­ми с мо­ле­ку­ла­ми дей­те­рия, и часть их ста­но­вит­ся нетраль­ны­ми ато­ма­ми, ле­тя­щи­ми даль­ше по инер­ции. За­ря­жен­ные ча­сти­цы от­кло­ня­ют­ся элек­тро­ста­ти­че­ским полем и мы по­лу­ча­ем пучок ней­траль­ных ча­стиц. В тре­тей части я рас­ска­жу про эти уста­нов­ки по­по­дроб­нее.

Так вот, пучок ней­траль­ных ча­стиц вре­за­ет­ся в плаз­мен­ный шнур, ко­то­рый немед­лен­но его иони­зи­ру­ет, и за этим про­цес­сом на­блю­да­ют ак­тив­ные спек­тро­мет­ры. По­сколь­ку на ней­траль­ные ча­сти­цы маг­нит­ное поле не вли­я­ет, ди­а­гно­сти­че­ский пучок спо­со­бен да­ле­ко про­ник­нуть в плаз­му, а ско­рость иони­за­ции и до­пле­ров­ские сме­ще­ния под­ска­зы­ва­ют па­ра­мет­ры плаз­мы. Одна из самых важ­ных оп­ти­че­ских си­стем ди­а­гно­сти­ки ИТЭР.

Рис. 15. Оп­ти­че­ская схема пе­ри­ско­пов ак­тив­ной спек­тро­ско­пии.

При­ме­ча­тель­на слож­ная оп­ти­че­ская схема этого при­бо­ра. Все оп­ти­че­ские си­сте­мы на­прав­лен­ны на плаз­му через некое по­до­бие пе­ре­ско­пов - любая ка­ме­ра, устав­лен­ная в плаз­му объ­ек­ти­вом будет быст­ро со­жже­на мощ­ным теп­ло­вым, ней­трон­ным, гамма из­лу­че­ни­ем плаз­мы. Кроме того нель­зя до­пу­стить, что бы от то­ка­ма­ка из­хо­ди­ли пря­мые труб­ки - по ним сразу по­ле­тят ней­тро­ны, ко­то­рым пле­вать на маг­нит­ный кон­фай­мент. Так что эти пе­ри­ско­пи­че­ские схемы (или “со­баяя нога”) ис­поль­зу­ют­ся везде, где надо вы­ве­сти оп­ти­че­ское из­лу­че­ние.

Те­перь пе­рей­дем к дру­го­му ин­сти­ту­ту, ко­то­рый так же раз­ра­ба­ты­ва­ет 3 си­сте­мы ди­а­гно­сти­ки - Кур­ча­тов­ско­му Ин­сти­ту­ту.  

4. Спек­тро­ско­пия баль­ме­ров­ских линий во­до­ро­да. (Сто­и­мость про­ек­та 316 мил­ли­о­нов руб­лей в ценах 2008 ко­ли­че­ство участ­ни­ков - 10 че­ло­век) 

Рис. 16. Оп­ти­че­ская схема спек­тро­ско­пии баль­ме­ров­ских линий.

На­блю­де­ние ин­тен­сив­но­сти из­лу­че­ния плаз­мы на 4 ос­нов­ных ли­ни­ях воз­буж­ден­ных со­сто­я­ний поз­во­ля­ет по­ни­мать режим ра­бо­ты маг­нит­но­го удер­жа­ния плаз­мы (L, H ре­жи­мы, типы ELMов, про­стран­ствен­ное сжа­тие) а так же изо­топ­ный со­став плаз­мы. Фак­ти­че­ски, это аб­со­лют­но ба­зо­вая си­сте­ма ди­а­гно­сти­ки. Ха­рак­тер­но, что она будет уста­нов­лен­ная в пер­вой фазе за­пус­ка то­ка­ма­ка (тут надо по­яс­нить: в 2021 году по окон­ча­нию сбор­ки, то­ка­мак iter будет за­пус­кать­ся толь­ко на во­до­ро­де, без дей­те­рия и тем более три­тия, и до­воль­но “голый” - без по­ло­ви­ны сист­мы охла­жде­ния, без блан­ке­та и ди­вер­то­ра, без 95% си­стем на­гре­ва плаз­мы, всего с 7 из 47 си­сте­ма­ми ди­а­гно­сти­ки. Этот за­пуск пред­на­зна­чен для преж­де всего ис­пы­та­ний маг­нит­ной, ва­ку­ум­ной, крио­ген­ной си­сте­мы), что го­во­рит о ее “ба­зо­во­сти” для по­ни­ма­ния ре­жи­мов ра­бо­ты плаз­мы.

5. Ла­зер­ная флу­о­ри­сцен­ция в зоне ди­вер­то­ра.

Рис. 17. Оп­ти­че­ская схема ла­зер­ной лазерно-​спекстроскопического ком­плек­са.

Еще один оп­ти­че­ский метод, до­пол­ня­ю­щий одну из ба­зо­вых ме­то­дик - томп­со­нов­ское рас­се­и­ва­ние (и де­ля­ю­щий с ней один оп­ти­че­ский тракт), о ко­то­рой я по­дроб­но рас­ска­жу позд­нее. Ис­поль­зу­ет на­кач­ку возле ди­вер­тор­ной среды ла­зе­ром для того, что бы по­ни­мать тем­пе­ра­ту­ру и рас­пре­де­ле­ние раз­но­об­раз­ных не ос­нов­ных при­ме­сей сред­ней массы, C, Ar, Ne, Be и из­ме­рять ион­ную тем­пе­ра­ту возле ди­ве­то­ро­ра. Метод от­ли­ча­ет­ся вы­со­ким про­стран­ствен­ным раз­ре­ше­ни­ем.

Даль­ше у нас сле­ду­ет очень ин­те­рес­ная си­сте­ма ре­флек­то­мет­рии плаз­мы, в рас­че­те ко­то­рой непо­сред­ствен­но при­ни­мал уча­стие один из моих учи­те­лей, но про нее я хочу под­го­то­вит­ся и рас­ска­зать по­по­дроб­нее. По­это­му на се­го­дня по­жа­луй все, в вы­ход­ные ждите про­дол­же­ния про ди­а­гно­сти­ку, а так же на ваш выбор - либо я рас­ска­жу про по­ря­док сбор­ки и за­пус­ка Iter, либо про по­ря­док непо­сред­ствен­но “плаз­мен­но­го вы­стре­ла”. Ну и на сле­ду­ю­щей неде­ли за­клю­чи­тель­ный рас­сказ про то, какие ин­те­рес­ные си­сте­мы до­ста­лись осталь­ным 6 участ­ни­кам про­ек­та iter.