О создании системы управления вертикальным положением плазмы в Токамаке КТМ

Сергей [Sergey] Владимирович [V.] Котов [Kotov]; Вадим [Vadim] Михайлович [M.] Павлов [Pavlov]; Денис [Denis] Борисович [B.] Зарва [Zarva]

doi:10.24160/1993-6982-2021-1-32-38

Сергей [Sergey] Владимирович [V.] Котов [Kotov]
Вадим [Vadim] Михайлович [M.] Павлов [Pavlov]
Денис [Denis] Борисович [B.] Зарва [Zarva]

DOI: https://doi.org/10.24160/1993-6982-2021-1-32-38

Ключевые слова: токамак КТМ, плазма, обмотки быстрого регулирования, выпрямитель, инвертор, регулятор

Аннотация

Вводимая в эксплуатацию в г. Курчатов (Казахстан) установка Токамак КТМ с аспектным отношением А = 2 и током плазмы порядка 750 кА будет способна создавать на испытуемых образцах материалов тепловые нагрузки, характерные для установки ИТЭР, при этом длительность импульса плазмы, благодаря дополнительному ВЧ-нагреву плазмы, достигнет порядка 4 с.

Один из этапов данной работы — исследования, направленные на получение эффективной системы управления вертикальным положением плазмы. Система включает в себя специальные обмотки быстрого управления, расположенные между тороидальной обмоткой и внутренней камерой, а также быстродействующий источник питания с обратной связью. В настоящее время смонтирована внутренняя камера токамака со всеми основными системами и обмотками, получен плазменный разряд в лимитерной конфигурации длительностью порядка 100 мс. Для работы системы управления вертикальным положением плазмы спроектирован и собран собственный источник питания, состоящий из последовательно подключенных тиристорного выпрямителя и управляемого инвертора напряжения на базе IGBT-транзисторов, имеющий значительный запас по мощности и быстродействию.

Проведены предварительные расчетные эксперименты в среде MATLAB, подтверждающие эффективность выбранных источника питания и системы сброса запасенной в обмотках энергии на водоохлаждаемое балластное сопротивление.

По мере введения в эксплуатацию остальных систем токамака и получения первых экспериментальных данных о характеристиках движения плазмы в диверторной конфигурации планируется проведение серии программных экспериментов, направленных на создание и оптимизацию алгоритма регулятора системы обратной связи в источнике питания обмоток быстрого управления токамака КТМ.

Сведения об авторах

Сергей [Sergey] Владимирович [V.] Котов [Kotov]

аспирант отделения ядерно-топливного цикла инженерной школы ядерных технологий Томского политехнического университета, e-mail: ksvlondon@mail.ru

Вадим [Vadim] Михайлович [M.] Павлов [Pavlov]

кандидат технических наук, доцент отделения ядерно-топливного цикла Томского политехнического университета, e-mail: pavlov@tpu.ru

Денис [Denis] Борисович [B.] Зарва [Zarva]

заместитель главного инженера Национального ядерного центра Республики Казахстан, e-mail: zarva@nnc.kz

Литература

1. Азизов Э.А. и др. Казахстанский материаловедческий токамак КТМ и вопросы термоядерного синтеза. Алматы, 2006.
2. Назарбаев Н.А. и др. Проведение комплекса научно-технических и инженерных работ по приведению бывшего Семипалатинского испытательного полигона в безопасное состояние. Курчатов: РГП «Национальный ядерный центр РК», 2016. С. 35—60.
3. Tazhibaeva I.L. e. a. КТМ Experimental Complex Project Status // Fusion Sci. and Techn. 2005. V. 47. No. 3. Pp. 746—750.
4. Докука В.Н., Хайрутдинов Р.Р., Кавин А.А. Синтез и моделирование системы магнитного управления плазмой в токамаке КТМ // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Термоядерный синтез». 2008. Вып. 1. С. 12—25.
5. Митришкин Ю.В. и др. Управление плазмой в токамаках. Ч. 2. Системы магнитного управления плазмой // Проблемы управления. 2018. № 2. С. 2—30.
6. Велихов Е.П., Азизов Э.А., Тихомиров Л.Н. Казахстанский материаловедческий токамак. М.: ИЦ «Сфератек», 2001.
7. Митришкин Ю.В., Карцев Н.М., Зенков С.М. Стабилизация неустойчивого вертикального положения плазмы в токамаке Т-15 // Автоматика и телемеханика. 2014. Вып. 2. С. 129—145.
8. Зарва Д.Б. и др. Электротехнический комплекс системы импульсного электропитания токамака КТМ // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Термоядерный синтез». 2018. Т. 41. Вып. 2. С. 59—70.
9. Качкин А.Г., Павлов В.М. Информационное и алгоритмическое обеспечение блока диагностики системы управления источниками питания обмоток полоидального поля токамака КТМ // Известия Томского политехн. ун-та. 2009. Т. 314. № 5. С. 58—62.
---
Для цитирования: Котов С.В., Павлов В.М., Зарва Д.Б. О создании системы управления вертикальным положением плазмы в Токамаке КТМ // Вестник МЭИ. 2021. № 1. С. 32—38.
#
1. Azizov E.A. i dr. Kazakhstanskiy Materialovedcheskiy Tokamak KTM i Voprosy Termoyadernogo Sinteza. Almaty, 2006. (in Russian).
2. Nazarbaev N.A. i dr. Provedenie Kompleksa Nauchno-tekhnicheskikh i Inzhenernykh Rabot po Privedeniyu Byvshego Semipalatinskogo Ispytatel'nogo Poligona v Bezopasnoe Sostoyanie. Kurchatov: RGP «Natsional'nyy Yadernyy Tsentr RK», 201:35—60. (in Russian).
3. Tazhibaeva I.L. e. a. KTM Experimental Complex Project Status. Fusion Sci. and Techn. 200;47;3:746—750.
4. Dokuka V.N., Khayrutdinov R.R., Kavin A.A. Sintez i Modelirovanie Sistemy Magnitnogo Upravleniya Plazmoy v Tokamake KTM. Voprosy Atomnoy Nauki i Tekhniki. Seriya «Termoyadernyy Sintez». 2008;1:12—25. (in Russian).
5. Mitrishkin Yu.V. i dr. Upravlenie Plazmoy v Tokamakakh. Ch. 2. Sistemy Magnitnogo Upravleniya Plazmoy. Problemy Upravleniya. 2018;2:2—30. (in Russian).
6. Velikhov E.P., Azizov E.A., Tikhomirov L.N. Kazakhstanskiy Materialovedcheskiy Tokamak. M.: ITS «Sferatek», 2001. (in Russian).
7. Mitrishkin Yu.V., Kartsev N.M., Zenkov S.M. Stabilizatsiya Neustoychivogo Vertikal'nogo Polozheniya Plazmy v Tokamake T-15. Avtomatika i Telemekhanika. 2014;2:129—145. (in Russian).
8. Zarva D.B. i dr. Elektrotekhnicheskiy Kompleks Sistemy Impul'snogo Elektropitaniya Tokamaka KTM. Voprosy Atomnoy Nauki i Tekhniki. Seriya «Termoyadernyy Sintez». 2018;41;2:59—70. (in Russian).
9. Kachkin A.G., Pavlov V.M. Informatsionnoe i Algoritmicheskoe Obespechenie Bloka Diagnostiki Sistemy Upravleniya Istochnikami Pitaniya Obmotok Poloidal'nogo Polya Tokamaka KTM. Izvestiya Tomskogo Politekhn. Un-ta. 2009;314;5:58—62. (in Russian).
---
For citation: Kotov S.V., Pavlov V.M., Zarva D.B. Designing the Plasma Vertical Position Control System in the KTM Tokamak. Bulletin of MPEI. 2021;1:32—38. (in Russian).