Испытательная установка нейтрального пучка ИТЭР

является Испытательная установка нейтрального пучка ИТЭР частью Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР) в Падуе , Венето , Италия . ^[1] На объекте будет размещен полномасштабный прототип инжектора нейтрального пучка реактора MITICA (Megavolt ITer Injector & Concept Advancement) и меньший прототип ионного источника SPIDER (Источник для производства ионов дейтерия, извлеченного из радиочастотного источника). плазма). ^[2] SPIDER начал свою работу в июне 2018 года. SPIDER будет использоваться для оптимизации источника ионного пучка, оптимизации использования паров цезия и проверки однородности выведенного ионного пучка, в том числе во время длинных импульсов.

ИТЭР нагревает нейтральные лучи

Для подачи энергии на термоядерную плазму в ИТЭР два инжектора нагревательных нейтральных пучков будут установлены . Они предназначены для обеспечения мощности 17 МВт каждый через 23 -метровые лучи до контейнера диаметром четыре метра: для того, чтобы обеспечить достаточную тепловую мощность в плазменном ядре, а не на краях плазмы, энергия частиц пучка должна составлять около 1 МэВ, что увеличивает сложность системы нейтральных пучков до беспрецедентного уровня. Это будет основная вспомогательная система обогрева реактора. Из-за низкой эффективности преобразования инжектор нейтрального луча сначала должен запустить пучок отрицательных ионов предшественника силой 40 А, а затем нейтрализовать его, пропуская через газовую ячейку (с эффективностью < 60%), а затем остаточного иона. свалка (остальные 40—20% отрицательные, 20% положительные). Нейтрализованный луч затем попадает в калориметр на этапах кондиционирования или соединяется с плазмой. Дальнейшие реионизационные потери или перехват механическими компонентами снижают его ток до 17 А. ^[3]

Цели

Роль испытательного центра включает исследования и разработки по следующим темам:

удержание напряжения: из-за нейтронной среды это будет первый источник луча с напряжением -1 МВ с вакуумной изоляцией вместо газовой ( SF
_{6 );}обычно используется газ
образование отрицательных ионов: требования к плотности извлекаемого тока из источника цезиевых ионов находятся на пределе существующей технологии плазменных источников ионов.
пучковая оптика: пучок ионов-предшественников генерируется в многосеточном электростатическом ускорителе, имеющем 1280 апертур в каждой из 7 составляющих его сеток. Поскольку общая ширина луча вдоль его дрейфа (около 25 м) обусловлена оптикой каждого из 1280 бимлетов, необходимо тщательно проверять выравнивание сетки и помехи, создаваемые магнитными полями и полями электростатических ошибок.
вакуумные насосы: два крионасоса длиной 8 м и высотой 1,6 м будут установлены с каждой стороны вакуумного сосуда. усталостный ресурс компонентов, работающих с циклами от 4 К до 400 К. Должен быть проверен
тепловая нагрузка на механические компоненты: на электродах, используемых для ускорения луча, и на пути луча механические компоненты подвергаются очень высоким тепловым нагрузкам. Эти нагрузки прикладывают непрерывно во время длительных импульсов, длительностью до 1 часа. В любом случае эти нагрузки ниже тепловых нагрузок, ожидаемых на диверторных пластинах ИТЭР.

Прототипы в НБТФ

СПАЙДЕР — первые крупные экспериментальные установки, начавшие работу на испытательном стенде (май 2018 г.). Компоненты MITICA в настоящее время находятся в стадии закупки, а ее первая эксплуатация ожидается в конце 2023 года.

ПАУК

Конструктивные параметры SPIDER следующие:

Тип: источник отрицательных ионов с цезиированной поверхностной плазмой
Источник плазмы: 8 цилиндрических ВЧ-драйверов, работающих на частоте 1 МГц, подключенных к одной 0,8 × 1,6 размером × 0,25 м. расширительной камере
Технологический газ: водород или дейтерий
Ток пучка извлеченных отрицательных ионов водорода: 54 А (целевое значение)
Электроды и номинальные напряжения: Плазменная сетка (-110 кВ), Вытяжная сетка (-100 кВ), Заземленная сетка (0 В)
Количество бимлетов и многолучевая диаграмма направленности: 1280 бимлетов, разделенных на группы 4 × 4 бимлета по 5 × 16 бимлетов в каждой.

В 2018 году был оптимизирован плазменный разряд восьми ВЧ-драйверов ионных источников. В 2019 году началась работа с пучком отрицательных ионов водорода: первый год 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 нагревательного нейтрального луча ИТЭР и другими существующими устройствами на основе радиочастотных источников. Полученные результаты, представленные в таблице, относятся к эксплуатации при низком давлении наполнения 0,3 Па; заметное улучшение характеристик обнаружено при более высоких рабочих давлениях, но низкое давление требуется для минимизации тепловых нагрузок из-за блуждающих частиц, генерируемых при взаимодействии ионов пучка с фоновым газом вдоль многосеточного электростатического ускорителя MITICA и ИТЭР. Источники HNB.

Эксперимент	Первая операция	Энергия луча (достигнутая/целевая)	ток пучка отрицательных ионов (достигнутый/целевой)	плотность тока пучка отрицательных ионов (достигнутая/целевая цель)	Тип источника ионов	Тип ускорителя	Тип нейтрализации	Длина луча	Эквивалентный ток нейтрального луча	Целевая однолучевая расходимость при 0,3 Па (гауссова 1/e)	Достигнутая однолучевая расходимость при 0,3 Па ±10% (гауссиан 1/e)
Обновление БЭТМЕНА ^[4]	обновлен в 2018 году	~60 кВ	? (водород)	350 А/м ² ^[5]/ 330 А/м ² (водород)	Источник цезиированной поверхностной плазмы с радиочастотным управлением	Многоапертурный электростатический триод	-	~3 м	-	-	11 мрад (расходимость сердечника, включая ток бимлета ~75%)
ЭЛИЗА ^[6]	февраль 2013 г.	~60 кВ	~27 А (водород)	~280 А/м ² ^[7] / 330 А/м ² (водород)	Источник цезиированной поверхностной плазмы с радиочастотным управлением	Многоапертурный электростатический триод	-	~5 м	-	-	-
ПАУК	май 2018 г.	50 кВ ^[8]/ 110 кВ	~1 А ^[8]/ 54 А (водород)	225 А/м ²^[8] / 330 А/м ² (водород)	Источник цезиированной поверхностной плазмы с радиочастотным управлением	Многоапертурный электростатический триод	-	~5 м	-	<7 мрад	12 мрад ^[8]
МИФИЧЕСКИЙ	2025 г. (ожидается)	880 кВ (водород) / 1000 кВ (дейтерий)	-/40 А (водород)	-/ 330 А/м ² (водород)	Источник цезиированной поверхностной плазмы с радиочастотным управлением	Концепция мультисетки и мультиапертуры (7 электродов)	4 газовые ячейки	~13 м	16,7 А	<7 мрад	-
ИТЭР ХНБ	подлежит уточнению	880 кВ (водород) / 1000 кВ (дейтерий)	40 А	-/ 330 А/м ² (водород)	Источник цезиированной поверхностной плазмы с радиочастотным управлением	Концепция мультисетки и мультиапертуры (7 электродов)	4 газовые ячейки	~22,5 м	16,7 А	<7 мрад	-

См. также

Ссылки

^ «Испытательная установка нейтрального луча ИТЭР: строительство в Падуе продвигается быстрыми темпами» . ЕВРОФьюжн . 15 июля 2013 г. Архивировано из оригинала 27 января 2016 г. Проверено 5 ноября 2023 г.
^ V. Toigo, D. Boilson, T. Bonicelli, R. Piovan, M. Hanada, et al. 2015 Nucl. Fusion 55:8 083025
^ Л. Р. Гришэм, П. Агостинетти, Дж. Баррера, П. Блатчфорд, Д. Бойлсон, Дж. Чарейр и др., Недавние улучшения конструкции системы нейтрального луча ИТЭР, Fusion Engineering and Design 87 (11), 1805-1815
^ Фантц, У.; Бономо, Ф.; Фрёшле, М.; Хайнеманн, Б.; Херлбатт, А.; Краус, В.; Шиеско, Л.; Ночентини, Р.; Ридль, Р.; Виммер, К. (2019). «Расширенные возможности определения характеристик луча NBI на недавно улучшенном испытательном стенде BATMAN Upgrade» . Термоядерная инженерия и дизайн . 146 : 212–215. Бибкод : 2019FusED.146..212F . дои : 10.1016/j.fusengdes.2018.12.020 . hdl : 21.11116/0000-0004-8043-F .
^ 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 .
^ Крупнейшая в мире испытательная установка для источников отрицательных ионов открывается для разработки нагрева для ИТЭР - декабрь 2012 г. Архивировано 2 августа 2019 г. в Wayback Machine . Проверено 2 августа 2019 г.
^ Фантц, У.; Брифи, С.; Хейлер, А.; Виммер, К.; Вюндерлих, Д. (2021). «Источники отрицательных ионов водорода для термоядерного синтеза: от генерации плазмы до свойств пучка» . Границы в физике . 9 : 473. Бибкод : 2021FrP.....9..473F . дои : 10.3389/fphy.2021.709651 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д 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 работы с цезием источника отрицательных ионов ПАУК» . Ядерный синтез . 62 (8): 086022. Бибкод : 2022NucFu..62h6022S . дои : 10.1088/1741-4326/ac715e . ISSN 0029-5515 .

Внешние ссылки

45 ° 23'26 "N 11 ° 55'40" E / 45,39056 ° N 11,92778 ° E / 45,39056; 11,92778

[1] «Испытательная установка нейтрального луча ИТЭР: строительство в Падуе продвигается быстрыми темпами» . ЕВРОФьюжн . 15 июля 2013 г. Архивировано из оригинала 27 января 2016 г. Проверено 5 ноября 2023 г.

[2] V. Toigo, D. Boilson, T. Bonicelli, R. Piovan, M. Hanada, et al. 2015 Nucl. Fusion 55:8 083025

[3] Л. Р. Гришэм, П. Агостинетти, Дж. Баррера, П. Блатчфорд, Д. Бойлсон, Дж. Чарейр и др., Недавние улучшения конструкции системы нейтрального луча ИТЭР, Fusion Engineering and Design 87 (11), 1805-1815

[4] Фантц, У.; Бономо, Ф.; Фрёшле, М.; Хайнеманн, Б.; Херлбатт, А.; Краус, В.; Шиеско, Л.; Ночентини, Р.; Ридль, Р.; Виммер, К. (2019). «Расширенные возможности определения характеристик луча NBI на недавно улучшенном испытательном стенде BATMAN Upgrade» . Термоядерная инженерия и дизайн . 146 : 212–215. Бибкод : 2019FusED.146..212F . дои : 10.1016/j.fusengdes.2018.12.020 . hdl : 21.11116/0000-0004-8043-F .

[njp2017-5] 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 .

[guide-6] Крупнейшая в мире испытательная установка для источников отрицательных ионов открывается для разработки нагрева для ИТЭР - декабрь 2012 г. Архивировано 2 августа 2019 г. в Wayback Machine . Проверено 2 августа 2019 г.

[fr2021-7] Фантц, У.; Брифи, С.; Хейлер, А.; Виммер, К.; Вюндерлих, Д. (2021). «Источники отрицательных ионов водорода для термоядерного синтеза: от генерации плазмы до свойств пучка» . Границы в физике . 9 : 473. Бибкод : 2021FrP.....9..473F . дои : 10.3389/fphy.2021.709651 .

[nf2022-8] Jump up to: ^а ^б ^с ^д 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 работы с цезием источника отрицательных ионов ПАУК» . Ядерный синтез . 62 (8): 086022. Бибкод : 2022NucFu..62h6022S . дои : 10.1088/1741-4326/ac715e . ISSN 0029-5515 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]