Мощный инжектор пучка атомов водорода на основе
реклама
Состояние проекта ГДМЛ и развитие инжекторной программы Института А.Д.Беклемишев, А.В.Бурдаков, А.А. Иванов Научная сессия ИЯФ, 2014 Ловушки с магнитными пробками -1954 Г.И.Будкер Р.Пост Преимущества и недостатки открытых ловушек • Простая осесимметричная геометрия магнитов • Удержание плазмы с 1 • Естественное удаление продуктов реакции (He) • Стационарный режим работы • Отсутствие срывов • Время удержание мало и слабо (логарифмически) зависит от пробочного отношения – малый коэффициент усиления Q • Удержание может ухудшаться вследствие развития неустойчивостей, связанных с анизотропией ионов • В осесимметричной ловушке может развиваться быстрая желобковая неустойчивость • Контакт с торцами может вызывать сильное охлаждение плазмы Открытые ловушки - развитие • Уменьшение продольных потерь плазмы за счет – – – – • МГД-устойчивые осесиметричные конфигурации – – – – – • Вращения плазмы Создания пиков амбиполярного потенциала Увеличения пробочного отношения Многопробочного удержания Стабилизация обратным градиентом давления Градиентом давления высокочастотного поля Средний Min-B Обращение поля Стабилизация широм вращения Переход к удержанию плазмы с малой анизотропией (амбиполярная, газодинамическая и многопробочная ловушки) Применения открытых ловушек Термоядерный реактор с улучшенными характеристиками, в том числе на перспективных топливах (D-3He, p-B….), Q>10 Гибридный реактор-наработчик топлива, Q>1 Нейтронный источник – драйвер подкритического ядерного реактора или дожигателя радиактивных отходов, Q>0.1 Нейтронный источник для материаловедения, Q0.02 Испытание материалов под воздействием мощных потоков плазмы – 101000МВт/кв м Цели и этапы проекта ГДМЛ Физико-технический базис проекта ГДМЛ и развитие открытых ловушек ГДМЛ- параметры Первый этап –ГДМЛ-Т Оценочная стоимость – ок. 300 млн. руб Бобина прототипа катушки соленоида (февраль 2014, брак) Схема модуля СПсоленоида. 1 криогенный объем, 2корпус катушки СП-соленоида, 3 тепловые экраны, 4 стенка вакуумной камеры, 5 криокулеры, 6 одно из мест крепления кевларового троса, 7 внутренняя стенка вакуумной камеры с водяным охлаждением Развитие инжекторов атомарных и ионных пучков в ИЯФ для различных применений для плазменных установок Поддержание тока в плазме Нагрев плазмы, увеличение скорости реакции Стабилизация неустойчивостей основные характеристики: Пучки низкой энергии (до 120кэВ): изменяемая энергия частиц: полная мощность более 20 МВт, длительность: 5 мс - 100 сек Пучки высокой энергии (0.5 - 1МэВ): полная мощность до 30МВт, длительность до 3600 сек Другие применения Ускорительные источники нейтронов, гамма излучения Инжекторы для ионных ускорительно/накопительных комплексов Имплантеры Инжектор пучка быстрых атомов водорода для источника поляризованных ионов RHIC-BNL (2013) Eb= 6–8 кэВ Ib= 2.5–3.5 A δα ≈ 10 мрад° F=2м T = 0.5 мс f = 1 Гц Инжектор обеспечил повышение тока и поляризации ионов (с 50% до 82%), в 4 мес. заходе 2013 г. Диагностический инжектор для стелларатора Wendelstein 7-X (Германия) (2013) Энергия пучка: 60 кэВ Экв. ток атомов/ ионов: 2.4/8 A Длительность: 2.5 сек с модуляцией 10 сек Ионный источник 160А, 15кэВ С-2U/ГДМЛ Сеточная система - триодная, Ø340, F3.5м Вид ионного источника Ионный источник 175А, 20-120кэв, 3600сек Применения: PEG TAE и нейтронный источник на основе ГДЛ Плазменная сетка ИОС Пример элементарной ячейки ИОС с возможностью переключения энергии Инжектор 10МВт, 1МэВ с разделением формирования и ускорения ионного пучка 9 A Negative Ion Source w/ 120 keV Pre-Accelerator Low Energy Beamline Cryo Pumps Bending Magnets HV Bushing Ion Deflector SF6 Gas Insulator Gettering/Pumping Panels 0.88 MeV Accelerator Backstreaming Positive Ion Dump Panels and Cs traps Neutralizer Quadruple Magnetic Lenses Принципиальная схема инжектора пучка большой энергии Rejected Ion (+/-) Energy Recuperator Общий вид инжектора Источник отрицательных ионов 9А, 120кэВ, 100сек Плазменный/атомарный драйверы Атомарный драйвер Высокочастотный плазменный драйвер Ионный источник-прототип 120кэВ, 1.5А, 100сек ВЧ драйвер ИОС Расширительная камера Магнитная система Изолятор 10 кВ Изолятор 110 кВ Стенд ионного источника и ускорительный стенд Ускорительный стенд 1.5 А, 1МэВ, 100сек, закрытый зал. ДОЛ Размещение стенда ионного источника отрицательных ионов 1.5(9) А, 120кэВ, 100сек к. 101, ДОЛ Состояние дел по стенду ионного источника – 2013 Ионный источник 1.5А, 120кэВ, 100сек Сборка В/В модулятора и ВЧ питания ионного источника Вакуумная система стенда и высоковольтная платформа Состояние дел по стенду ионного источника – 2014 Ионный источник 1.5А, 120кэВ, 100сек на стенде к.101, зд.20 В/В модулятор и ВЧ питание ионного источника Вакуумная система стенда и высоковольтная платформа Подготовка 1МВ, 3МВт стенда в 20 зд. Закрытый зал ДОЛ январь 2013 Выпрямитель питания в/в модулятора – 3МВт Закрытый зал ДОЛ январь 2014 Проблемы VS решения Проблемы Решения • • • • • Не хватает людей Устаревшая, разрушенная инфраструктура Недостаток подведенных мощностей, недостаток воды для охлаждения Отсутствуют некоторые критические технологии, требуется развитие кооперации с другими предприятиями (странами) • • • • • Привлечение молодых специалистов и развитие внутриинститутской кооперации, НГУ, НГТУ ремонт помещений, замена оборудования, станков и т.п. Ведутся переговоры о подключении к сети 15(30)МВт Развитие кооперации с другими предприятиями (странами) Развитие станочного парка Внедрение контроля качества по международным стандартам Спасибо за внимание!
