Вход на сайт

МЕДИАМЕТРИКА

Облако тегов

Система радиочастотного нагрева ITER II

Аватар пользователя Лектор

Как я уже написал в первой части, кроме ионного циклотронного резонанса для подогрева плазмы используется  еще и электронный. Причина этого - то что энергия ЭЦР поглощается очень локально, рождая "струйки тока" в плазменном бублике. Т.е. с помощью ЭЦР можно легко управлять поведением плазмы, подавлять нестабильности. Посмотрим на эту систему подробнее.
 

Рис. 1. Расчет плотности микроволновой энергии в многомодовом волноводе.


Тут надо сказать, что отдельный грааль всех систем подогрева, но особенно ЭЦР - это неиндуктивное поддержание тока плазмы. Речь идет о том, что в сегодняшних токамаках ток в плазме возникает при изменении тока в центральном соленоиде - т.е. речь идет о неком подобии трансформатора. Этот ток в плазменом шнуре - необходимый элемент конфаймента плазмы.

Поскольку трансформаторы работают только на переменном токе, а менять направление движения плазмы в токомаке нельзя (точнее нельзя допустить обнуления тока), то получается, что поддерживать систему в работе можно только пока центральный соленоид перезаряжается от максимально положительного  состояния до максимально отрицательного. Этот, т.н. индуктивный режим в случае ITER будет продолжаться 400...1000 секунд в зависимости от интенсивности перекидывания центрального соленоида. При этом ток плазмы будет от 7 до 15 мегаампер. Так вот, кроме индуктивного режима есть еще бустрапный режим, когда ток плазмы поддерживается системами нагрева. Например, для ITER попробуют до 40% тока плазмы создавать с помощью ICRH и ECRH. В перспективе - в реакторах DEMO и PROTO есть желание сделать режим работы полностью бустрапным, что позволит перейти от импульсной работы к постоянной. Кстати, одно из преимуществ стеллаторов - как раз изначальное отсутсвие тока плазменого шнура как части конфаймента и возможность работы в постоянном режиме.


Теперь вернемся к системе ECRH ИТЭР. Как и ICRH она расположена в здании радиочастотного нагрева, занимая другую его треть (а еще треть оставлена для перспективного апгрейда ITER).



Рис2. Здание радиочастоного нагрева сниза, ECRH - слева. В центре врезка с тем же зданием, вид сбоку.


Как и в ICRH генераторами РЧ-энергии являются радиолампы, правда в этот раз весьма экзотические, называемые гиротронами.



Рис3. Гиротрон, внешний вид.

Принцип их работы их работы обратен принципу нагрева - разогнанные и вращающиеся в сильном магнитном поле электроны формируются в сгустки затравочным ЭМ-полем, и затем резонируют с ним передавая ему энергию. Затравочное поле весьма невелико и коэффициент усиления гиротрона составляет порядка 35 дБ, т.е. нет необходимости в мощных предусилительных каскадах. Правда точная частота зависит от многих входящих, т.е. настройка такой лампы на нужную частоту не так проста, как у триода. После этого пучок электронов расфокусируется и падает на коллектор, а излучение выводится в бок.


Рис 4. Гиротрон, внутреннее содержание.


В т.ч. требуется сверхпроводникового магнита с полем в 6 Тесла, нескольких высоковольтных источников питания. Кпд лампы 52-55%. Высокая частота генерируемого излучения имеет как свои  преимущества - при длинне волны в 1.7 мм излучением легко управлять оптическими методами, так и недостатки - типа  необходимости разработки алмазных окон для вывода излучения, поиска новых материалов для покрытий внутри лампы, а  главное - практически полное отсутсвие готовых полупроводниковых приборов для работы на такой частоте (да и  лабораторных тоже), что заставляет вести весьма обширные исследовательские и конструкторские работы. Для ИТЭР параметры существующих гиротронов пришлось поднимать в 2 раза по мощности и в 4 раза по длительности работы. По разным причинам разработку гиротронов повели аж 3 разных агенства - Европейское, Японское и Российское. Каждый участник потратил порядка  10 лет и много денег, зато теперь у нас есть мегаваттные предсерийные устройства аж от трех производителей (Thales, Toshiba и Гиком). Каждый из участников поставит по 8 гиротронов, а систему питания изготовят европейцы. 24 гиротрона будут расположены в верхнем зале здания радиочастотного нагрева в специальных гнездах, а под ними источники питания.



Рис. 5. Прототип мегаваттного гиротрона ЗАО Гиком на стенде


В силу особенностей высокочастотного излучения, его с одной стороны можно передать по небольшому волноводу (для 40 мегагерц минимальный волновод имел бы сечение 3.5х3.5 метра), а в волноводах нет проблемы с электрическими характеристиками среды между проводниками, как в коаксиальных кабелях, а с другой стороны при таких мощностях в любом газе возникали бы пробои от радиоизлучения. Поэтому линии передачи мощности ECRH - относительно небольшие вакуумированные волноводы. Зато их много. К сожалению, большая площадь и частота в 170 ггц периметра волноводов приводит к заметным  потерям и из 24 генерируемых мегаватт до плазмы доберется только 20. Эту систему изготавливает ITER USA.


Рис. 6. "Канализация" ECRH.


Ровно так же, как и у ICRH здесь будут стоять согласующие устройтва, устройства маршрутизации энергии и т.п. Только в отличии от индуктивных-емкостных связываний на частоте 40 мегагерц, здесь в основном используются оптические методы и системы выглядят соотвествующе.



Рис. 7. Системы объединения и переключения пучков


Как я уже говорил, одним из главных предназначений ECRH является управляемое энерговыделения в плазме. Для этого будут использоваться излучатели и электрически управляемым направление луча - что-то типа радаров с фазированной антенной решеткой по принципу действия. Несколько верхних портов и один центральный будут формировать систему узких лучей, которые будут подогревать плазму в нужных сечениях. В силу такой организации этого процесса ECRH будет одной из самых скоростных систем управления плазмой.


Рис. 8. Экваториальная антенна ITER с управляемыми пучками микроволновой энергии (слева), и ее прототип выполненный Японским агенством.


Антенны и согласующие модули, опять же разрабатываются и конструируются Европой и Японией. Как я уже говорил,  в силу малой длины волны такие системы слегка проще и гибче, с другой стороны в отработке приходится мучатся с тем, что даже обычный резистор на такой частоте будет чем угодно, но не резистором.



Рис. 9.


Кстати, если вы посмотрите на план здания радиочастотного нагрева (рис 9) и пересчитаете гиротроны, то насчитаете не  24, а 28 штук. Связано это с тем, что кроме основной системы в уголке пристроилась еще и стартовая ECRH -  3 мегаватта мощности на частоте 120 гигагерц производства Индии. С запуска этих гиротронов начинается нагрев  плазмы - их задача возбудить разряд в плазму (вообще довольно интересно представить… 100 мг газа и 3 мегаватта микроволновки :)) и ионизировать все 1000 кубометров газа. Для этого они включаются на 10 секунд,  одновременно происходит резкое изменение магнитного поля, которое формирует кольцевой ток нужной направленности. Эти гиротроны изготавливает Индия, и хотя сделать такой прибор, работающий 10 секунд - задача на порядок проще, чем сделать его с возможностью работы в 1000 и более секунд (время работы основной системы нагрева), все равно идея доверить эту разработку стране, не сделавшей ни одного подобного изделия в своей истории у меня вызывает стойкое удивление.


Если говорить о современном статусе систем ECRH и ICRH, то можно констатировать, что они постепенно завершают стадию НИОКР, когда проектные параметры подтверждаются испытаниями прототипов, проходят поэлементно Final Design Review'ы (отечественный аналог - защита технического проекта и выпуск рабочей КД), так например в фервале успешно прошел FDR японский гиротрон, а в марте такая же процедура ждет гиротроны Гиком и французов. Испытываются блоки питания, завершаются НИИОКР линий передач и антенн - в общем уже в следующем году готовые элементы систем радиочастотного нагрева начнут поступать ... на склады, т.к. мы знаем, что здания в которых ECRH и ICRH протянутся либо только строятся, либо, как само здание радиочастотного нагрева еще только в проекте. Зато на площадке ITER строятся 4 новых больших склада - удивительно дело, когда промышленность, разрабатывающая самые сложные и передовые железяки опережает на пару лет горе строителей.

Список остальных статей по тематике ITER:

Система радиочастотного нагрева ITER IITER: Итоги 2014 года.
ITER: Система измерения и управления
ITER: Система электропитания магнитов
ITER: Инжектор нейтрального луча
Как будет проходить сборка токамака iter
Участие России в проекте ИТЭР, часть II.
Участие России в проекте ИТЭР, часть I.
Новости ИТЭР 

 

Фонд поддержки авторов AfterShock

Комментарии

Аватар пользователя Замполит
Замполит(3 года 8 месяцев)(00:12:35 / 01-03-2015)

фото под кат

Аватар пользователя Mc_Aaron
Mc_Aaron(2 года 9 месяцев)(00:13:35 / 01-03-2015)

Все это красиво, а что с нейиронами, которые вылетят за пределы бублика, делать собираетесь? 

Аватар пользователя Лектор
Лектор(3 года 5 месяцев)(00:22:24 / 01-03-2015)

99% их будет поглощатся бланкетом и стенками вакуумной камеры токамака, остальное - бетонной биозащитой вокруг криостата.

Аватар пользователя Matroskin
Matroskin(5 лет 10 месяцев)(00:50:45 / 01-03-2015)

У нас на семинаре выступал представитель ITER, на вопрос о наведенной радиоактивности, ответил что благодаря комбинации спец сплавов и энергии нейтронов наведенная радиоктивность быстро уменьшается. Спустя где-то 7 лет после остановки фон от отстатков итера будет не больше чем от остатков угольной ТЦ.

Аватар пользователя Лектор
Лектор(3 года 5 месяцев)(01:25:41 / 01-03-2015)

Не все так радужно, конечно, но в плане вывода из эксплуатации ТЯЭС, конечно, большую фору АЭС могут дать.

А где семинар проводился? 

Аватар пользователя Информатик

Все эти камлания и пространные тексты по установке не интересны.

Если дадут ссылку на описание экспериментов по измерению содержания количества 2Не в "термоядерных" реакциях (а не ускорительных!), то это будет более убедительным, чем то дорогостоящее "полумошенничество" в стиле: "или ишак, или падишах".

Аватар пользователя Лектор
Лектор(3 года 5 месяцев)(00:24:49 / 01-03-2015)

Раз уж вам так не интересно, что вы не поленились оставить тут комментарий, то сделайте милось, объясните, в тем разница с т.з. физики явления - разогнан дейдрон ускорителем или высокой температуры плазмы?

Аватар пользователя Информатик
Аватар пользователя Лектор
Лектор(3 года 5 месяцев)(00:37:22 / 01-03-2015)

это не ответ.

Аватар пользователя Информатик

Повторю:  хотелось бы ссылку[и]  а описание хоть каких-нибудь экспериментов по измерению содержания количества 4Не в на выходе "термоядерных" реакций  
(просто измерить баланс реакции, как аудиторы проводят аудит активов, как АХО проводит инвентаризацию, ...)

У Вас есть такие ссылки ?

Аватар пользователя Лектор
Лектор(3 года 5 месяцев)(01:22:49 / 01-03-2015)

Честно говоря не очень хочется начинать искать, потому что при придьявлении онных возникнут расширительные толкования к доказательствам - пока вы с Даньшовым говорите о том, что NBI рождает нейтроны (что, в общем, верно, вопрос в оценке вклада), найду ссылки по измерению He3 в каком-нибудь из токамаков без NBI - пойдет что "не так меряли", короче я не думаю, что какие-то ссылки вас убедят. Тут нужно договорится сначала о четких критериях, при которых стороны признают свою ошибочность.

Аватар пользователя Информатик

А-а-а, Вы про того самого Даньшова с его коммерческими требованиями ? Не, это скорее коммерция, а не "добросовестность" и "научный скептицизм"

Тем не менее, экспериментаторы (и задолго до даньшовых) предупреждали и побуждали, что неплохо бы и получить корректные уточняющие данные и с соответствующим, "убеждающим" дизайном экспериментов. 

Впрочем, если Вы об этом слышите впервые и ранее не искали таких ссылок/материалов --- тогда не стоит и беспокоиться, я, например, искал довольно давно, довольно тщательно, и даже запрашивал ряда "первоисточников" (увы, безрезультатно) Спросил  "на всякий случай", а вдруг Вы не из "научпопа".

Аватар пользователя Лектор
Лектор(3 года 5 месяцев)(12:02:37 / 01-03-2015)

Вы на вопрос не ответили: какие данные вас удовлетворят, что сказать "да, похоже в токамаках происходит термоядерная реакция"? Токамак без NBI и напрямую (оптически или масс-спектрально) измеренное наличие гелия подойдет?

Аватар пользователя Информатик

Нет , конечно же измеренное "наличие гелия"--- не подойдёт.

Нужны "опломбированные" доказательства: 1) остутствие любых изотопов гелия до начала эксперимента 2) измерение количественного баланса веществ после завершения эксперимента.

Аватар пользователя Лектор
Лектор(3 года 5 месяцев)(18:09:15 / 01-03-2015)

>Нужны "опломбированные" доказательства: 1) остутствие любых изотопов гелия до начала эксперимента 2) измерение количественного баланса веществ после завершения эксперимента.

Ну я вот так и думал, что не стоит на вас время тратить.  

Аватар пользователя Лектор
Лектор(3 года 5 месяцев)(18:10:02 / 01-03-2015)

А откуда у вас доказательства что "гелий" вообще существует? 

Аватар пользователя Информатик

Я же предполагал, что Вы как минимум из "научпопа" ...

Аватар пользователя Виктор П

- вообще довольно интересно представить… 100 мг газа и 3 мегаватта микроволновки :)) и ионизировать все 1000 кубометров газа...


Да, вполне захватывает воображение. Гигантское количество сложной техники и аппаратуры вокруг камеры - чтобы потом извлечь из каждого кубометра пространства (почти из вакуума!) целый мегаватт энергии.


Только немного жаль, что этот "волшебный конь" будет запряжен в "старую дедовскую телегу"

Аватар пользователя Информатик

А нейтроны получать без реактора --- "плевое" дело.

Их "ливни" и так уже давно регистрировали при молниях, а теперь вот уже и воспроизводят.

Механизма вот только нет "физики явления", а просто якобы "научный" термин "фотоядерные" --- ниочем :-(

Российские физики обнаружили нейтроны, рожденные искусственной молнией

[PS]Об усилении потока фотоядерных нейтронов в грозовой атмосфере и возможности его регистрации (Письма в ЖЭТФ, том 97, вып. 6, 2013)

Молнии порождают много свободных нейтронов, и никто не знает, почему (Компьюлента)

Аватар пользователя Xupypx
Xupypx(5 лет 3 месяца)(01:30:29 / 01-03-2015)

А что вас не устраивает в нейтронном потоке? Он, "нейтронный поток", давно поставлен на народнохозяйственные нужды.

 

Аватар пользователя Homo 2.0
Homo 2.0(4 года 6 месяцев)(02:33:44 / 01-03-2015)

Видимо он намекает на то, что как внезапно оказалось, еще не доказано, что в токомаках ваапще идет термоядерный синтез. Ведь меряют его не прямым (по начальным и конечным продуктам реакции), а косвенным образом, - по потоку нейтронов, а как выяснилось, поток нейтронов может возникнуть не только при термояде. Вот такое  случилось гы-гы, на семидесятом году "термоядерной энергетики"... :-(

Аватар пользователя Xupypx
Xupypx(5 лет 3 месяца)(02:50:30 / 01-03-2015)

Это да... Это проблема. Но бозон Хигса, тоже был абстракцией, пока не собрали БАК.

Я считаю, что большинство не может ошибаться, пока не доказано обратное ) Точнее, я уверен, что они допускают возможность ошибки, но надо проверить.

 

 

Аватар пользователя Homo 2.0
Homo 2.0(4 года 6 месяцев)(03:20:02 / 01-03-2015)

Он и остался абстракцией, на "дооткрытие" которой открыватели запросили еще три года экспериментов. И еще более крупный коллайдер.

Я считаю, что большинство не может ошибаться,

Ну это вааще... 

Аватар пользователя Xupypx
Xupypx(5 лет 3 месяца)(03:28:29 / 01-03-2015)

Кхм. Критиков много, а вобщем-то "стандартная модель" подтверждена и объяснено наличие массы у бозонов. Точнее разрешено протиоречие, в рамках существующей теории.

 "Я считаю, что большинство не может ошибаться" - Майкелсон построил сложнейший интерферометр для измерения параметров эфира, а в итоге имеем то что имеем.

Аватар пользователя Homo 2.0
Homo 2.0(4 года 6 месяцев)(03:51:03 / 01-03-2015)

Вашим предкам надо было оставаться на дереве. Миллионы обезьян не могут ошибаться.

Аватар пользователя Xupypx
Xupypx(5 лет 3 месяца)(04:12:34 / 01-03-2015)

Практическая наука, тем и отличается, что иногда приходится "крутить ручки", чтоб вписаться  в существующие модели.

Аватар пользователя Xupypx
Xupypx(5 лет 3 месяца)(04:03:39 / 01-03-2015)

Кстати, вобщем-то он и останется "абстракцией", бо фактичски его поймать нельзя, только по предсказаным косвенным признакам. Но раз теория предсказала такой ход событий, значит теория верна. 

Из Е=mc^2 тоже можно вывести непротиворечивую теорию "информационных полей" из которых все состоит. Но где предсказания или объяснения конкретных эксперементов?

 

Аватар пользователя Лектор
Лектор(3 года 5 месяцев)(12:03:41 / 01-03-2015)

>Он и остался абстракцией, на "дооткрытие" которой открыватели запросили еще три года экспериментов. И еще более крупный коллайдер.


Это вы откуда взяли?

Аватар пользователя Homo 2.0
Homo 2.0(4 года 6 месяцев)(12:50:36 / 01-03-2015)

Из телеинтервью прослезившегося первоткрывателя.

Аватар пользователя Лектор
Лектор(3 года 5 месяцев)(12:54:18 / 01-03-2015)

В смысле самого Хиггса? 

Вообще и ATLAS и CMS очень уверенно заявили о нахождении сигналов от бозона Хиггса, и довольно много чего уже промерили по его свойствам. Хотя, конечно, БАК в силу своей природы, что он сталкивает адроны, не очень годится для точного измерения характеристик, тут нужен лептонный ускоритель.

Аватар пользователя Информатик

В естественных науках не принято что-нибудь "доказывать"  всего на одном приборе.

Аватар пользователя Лектор
Лектор(3 года 5 месяцев)(17:07:08 / 01-03-2015)

Поэтому измерения проведены на двух различных - ATLAS и CMS.

Аватар пользователя Информатик

Это два комплекса различных детекторов в рамках ОДНОЙ экспериментальной установки.

Причем массивы данных статистически обрабатываются не в "слепую", а аж годы в "плотном" взаимодействии двух групп свидетелей.

Аватар пользователя Лектор
Лектор(3 года 5 месяцев)(18:06:16 / 01-03-2015)

>Это два комплекса различных детекторов в рамках ОДНОЙ экспериментальной установки.

И что?

>Причем массивы данных статистически обрабатываются не в "слепую", а аж годы в "плотном" взаимодействии двух групп свидетелей. 

Ну да, а обычно физики, которые проверяют коллег с ними не общаются?

Вообще забавно. Сначала вы говорите, что нужна вторая установка для независимой проверки, а потом при запросах денег на эту вторую установку "попил на недоказанной теме".  

Аватар пользователя Информатик

Про "попил" --- это Вы заговорили, я же упоминал только про "полумошенничество".

Эксперименты проходят в рамках ОДНОЙ экспериментальной установки (причем территориально расположенными основными модулями) и Вы думаете, что попытки аналогичных дизайнов экспериментов на Тэватроне -- просто так предпринимались, от "нечего делать" ?

"Ну да, а обычно физики, которые проверяют коллег с ними не общаются?"  ---   это "общаются" уже много раз проходили, не только в физике, но и в финансах, промышленности, ...  Это называется "корпоративный сговор".   В  России таким занимается ФАС, со своими, проверенными экспертами, которые конечно же общаются с "подозреваемыми" экспертами но, не в симметричной позиции.

Аватар пользователя Лектор
Лектор(3 года 5 месяцев)(16:02:53 / 01-03-2015)

Кстати, опубликованы цифры Российского финансирования проекта ИТЭР в 2015 году:

 На 2015 год было запланировано финансирование в объеме 3,988 млрд. руб. а после секвестирования, по словам А. Красильникова, будет получено 3,5 млрд. руб.

Напомню, что он же говорил про поставки:

"Очень большая доля — примерно четверть того, что поставляет Россия в проект ИТЭР в денежном эквиваленте, — будет закончена в 2015 году, мы поставим партнерам все сверхпроводники",

ИСТОЧНИК


Лидеры обсуждений

за 4 часаза суткиза неделю

Лидеры просмотров

за неделюза месяцза год

СМИ

Загрузка...