Разработка комплекса материаловедческих исследований на токамаке Т-15МД
Ключевые слова:
термоядерный реактор, токамак, термоядерные материалы, высокотемпературная плазма, взаимодействие плазмы с поверхностью, диагностика плазмы, методы интенсивного охлаждения
Аннотация
При проведении материаловедческих исследований на токамаке Т-15МД одной из основных задач является введение образцов, в том числе массивных, как для их длительных ресурсных испытаний в областях пристеночной плазмы, так и для исследования влияния импульсных нагрузок в диверторной области. На кафедре ОФиЯС НИУ «МЭИ» разработан эскизный проект комплекса для проведения материаловедческих исследований на токамаке Т-15МД. Комплекс позволит проводить уникальные исследования состояния и состава поверхности дивертора и первой стенки без нарушения вакуума токамака и демонтажа элементов. Такие исследования можно будет выполнять в интервалах между импульсами токамака, что позволит выявить изменения на поверхности дивертора после каждого импульса, корреляции между параметрами плазмы и изменениями на поверхности первой стенки. В узле крепления предусмотрена возможность охлаждения макетов как водным, так и деспергированным водо-воздушным потоками. Кроме того, на крепление можно устанавливать различные диагностики для контроля поверхности первой стенки и дивертора.
Литература
1. Будаев В.П. Результаты испытаний вольфрамовых мишеней дивертора при мощных плазменно-тепловых нагрузках, ожидаемых в ИТЭР и токамаках реакторного масштаба (обзор) // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Термоядерный синтез». 2015. Т. 38. Вып. 4. С. 5—33.
2. Хвостенко П.П. и др. Экспериментальная термоядерная установка токамак Т-15МД // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Термоядерный синтез». 2019. Т. 42. Вып. 1. С. 15—38.
3. Pitts R.A. e. a. Physics Basis and Design of the ITER Plasma-facing Components // J. Nuclear Materials. 2011. V. 415. Pp. 5957—5964.
4. Pitts R.A. e. a. A Full Tungsten Divertor for ITER: Physics Issues and Design Status // J. Nuclear Materials. 2013. V. 438. Pp. 548—556.
5. Komov A.T., Varava A.N., Dedov A.V., Kamenskov-Nemynov R.I. Experimental Investigations of Heat Transfer in a Subcooled Twisted Flow // Heat Transfer Research. 2007. V. 38(6). Pp. 533—539.
6. Dedov A.V., Komov A.T., Varava A.N., Yagov V.V. Hydrodynamics and Heat Transfer in Swirl Flow Under Conditions of One-side heating. Pt. 1. Pressure Drop and Single-phase Heat Transfer // Intern. J. Heat and Mass Transfer. 2010. V. 53. Iss. 19—20. Pp. 4123—4131.
7. Дедов А.В. Критические тепловые нагрузки при кипении в недогретом потоке // Теплоэнергетика. 2010. № 3. C. 2—8.
8. Дедов А.В. Особенности кипения в недогретом потоке // Теплоэнергетика. 2009. № 8. C. 62—69.
9. Ягов В.В., Дедов А.В. Теплообмен при пленочном кипении в турбулентном потоке недогретой жидкости // Теплоэнергетика. 2009. № 3. С. 21—29.
10. Budaev V.P. e. a. High-heat Flux Tests of Fusion Materials with Stationary Plasma in the PLM Device // Nuclear Materials and Energy. 2020. V. 25. P. 111694.
11. Ван Оост Г., Дедов А.В., Будаев В.П. Материалы обращенных к плазме компонентов термоядерных реакторов-токамаков: требования, термостабилизация, испытания (обзор) // Теплоэнергетика. 2021. № 3. С. 1—18.
12. Будаев В.П. и др. Плазменная установка НИУ «МЭИ» для испытания тугоплавких металлов и создания высокопористых материалов нового поколения // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Термоядерный синтез». 2017. Т. 40. Вып. 3. С. 23—25.
13. Федорович С.Д. и др. Испытания охлаждаемых вольфрамовых модулей теплозащитной облицовки дивертора стационарной плазмой в ПЛМ // XLIX Международная Звенигородская конференция по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу: Сб. тезисов докл. М.: АО НТЦ «ПЛАЗМАИОФАН», 2022. С. 56.
14. Mirnov S.V. e. a. Experimental Test of the System of Vertical and Longitudinal Lithium Limiters on T-11M Tokamak as a Prototype of Plasma Facing Components of a Steady-State Fusion Neutron Source // Nuclear Fusion. 2015. V. 55. P. 123015.
15. Люблинский И.Е., Вертков А.В., Семенов В.В. Сравнительный анализ возможности применения легкоплавких металлов с капиллярно-пористой системой в условиях токамака // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Термоядерный синтез». 2015. Т. 38. Вып. 1. С. 7—14.
---
Для цитирования: Грашин С.А., Будаев В.П., Карпов А.В., Федорович С.Д., Лукашевский М.В., Рогозин К.А., Чан К.В., Коньков А.А., Квасков В.С., Белоусов С.В. Разработка комплекса материаловедческих исследований на токамаке Т-15МД // Вестник МЭИ. 2023. № 3. С. 145—153. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-3-145-153
---
Работа выполнена по договору № 43-03/22/44/108 между НИЦ «Курчатовский институт» и ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ»
#
1. Budaev V.P. Rezul'taty Ispytaniy Vol'framovykh Misheney Divertora pri Moshchnykh Plazmenno-teplovykh Nagruzkakh, Ozhidaemykh v ITER i Tokamakakh Reaktornogo Masshtaba (Obzor). Voprosy Atomnoy Nauki i Tekhniki. Seriya «Termoyadernyy Sintez». 2015;38;4:5—33. (in Russian).
2. Khvostenko P.P. i dr. Eksperimental'naya Termoyadernaya Ustanovka Tokamak T-15MD. Voprosy Atomnoy Nauki i Tekhniki. Seriya «Termoyadernyy Sintez». 2019;42;1:15—38. (in Russian).
3. Pitts R.A. e. a. Physics Basis and Design of the ITER Plasma-facing Components. J. Nuclear Materials. 2011;415:5957—5964.
4. Pitts R.A. e. a. A Full Tungsten Divertor for ITER: Physics Issues and Design Status. J. Nuclear Materials. 2013;438:548—556.
5. Komov A.T., Varava A.N., Dedov A.V., Kamenskov-Nemynov R.I. Experimental Investigations of Heat Transfer in a Subcooled Twisted Flow. Heat Transfer Research. 2007;38(6):533—539.
6. Dedov A.V., Komov A.T., Varava A.N., Yagov V.V. Hydrodynamics and Heat Transfer in Swirl Flow Under Conditions of One-side heating. Pt. 1. Pressure Drop and Single-phase Heat Transfer. Intern. J. Heat and Mass Transfer. 2010;53;19—20:4123—4131.
7. Dedov A.V. Kriticheskie Teplovye Nagruzki pri Kipenii v Nedogretom Potoke. Teploenergetika. 2010;3:2—8. (in Russian).
8. Dedov A.V. Osobennosti Kipeniya v Nedogretom Potoke. Teploenergetika. 2009;8:62—69. (in Russian).
9. Yagov V.V., Dedov A.V. Teploobmen pri Plenochnom Kipenii v Turbulentnom Potoke Nedogretoy Zhidkosti. Teploenergetika. 2009;3:21—29. (in Russian).
10. Budaev V.P. e. a. High-heat Flux Tests of Fusion Materials with Stationary Plasma in the PLM Device. Nuclear Materials and Energy. 2020;25:111694.
11. Van Oost G., Dedov A.V., Budaev V.P. Materialy Obrashchennykh k Plazme Komponentov Termoyadernykh Reaktorov-Tokamakov: Trebovaniya, Termostabilizatsiya, Ispytaniya (Obzor). Teploenergetika. 2021;3:1—18. (in Russian).
12. Budaev V.P. i dr. Plazmennaya Ustanovka NIU «MEI» dlya Ispytaniya Tugoplavkikh Metallov i Sozdaniya Vysokoporistykh Materialov Novogo Pokoleniya. Voprosy Atomnoy Nauki i Tekhniki. Seriya «Termoyadernyy Sintez». 2017;40;3:23—25. (in Russian).
13. Fedorovich S.D. i dr. Ispytaniya Okhlazhdaemykh Vol'framovykh Moduley Teplozashchitnoy Oblitsovki Divertora Statsionarnoy Plazmoy v PLM. XLIX Mezhdunarodnaya Zvenigorodskaya Konferentsiya po Fizike Plazmy i Upravlyaemomu Termoyadernomu Sintezu: Sb. Tezisov Dokl. M.: AO NTTS «PLAZMAIOFAN», 2022:56. (in Russian).
14. Mirnov S.V. e. a. Experimental Test of the System of Vertical and Longitudinal Lithium Limiters on T-11M Tokamak as a Prototype of Plasma Facing Components of a Steady-State Fusion Neutron Source. Nuclear Fusion. 2015;55:123015.
15. Lyublinskiy I.E., Vertkov A.V., Semenov V.V. Sravnitel'nyy Analiz Vozmozhnosti Primeneniya Legkoplavkikh Metallov s Kapillyarno-poristoy Sistemoy v Usloviyakh Tokamaka. Voprosy Atomnoy Nauki i Tekhniki. Seriya «Termoyadernyy Sintez». 2015;38;1:7—14. (in Russian).
---
For citation: Grashin S.A., Budaev V.P., Karpov A.V., Fedorovich S.D., Lukashevsky M.V., Rogozin K.A., Chan Q.V., Kon’kov A.A., Kvaskov V.S., Belousov S.V. Development of a System for Materials Science Studies on the T-15MD Tokamak. Bulletin of MPEI. 2023;3:145—153. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2023-3-145-153
---
The work is executed Under Contract No. 43-03/22/44/108 Between NRC «Kurchatov Institute» and FGBOU VO «NRU MPEI
2. Хвостенко П.П. и др. Экспериментальная термоядерная установка токамак Т-15МД // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Термоядерный синтез». 2019. Т. 42. Вып. 1. С. 15—38.
3. Pitts R.A. e. a. Physics Basis and Design of the ITER Plasma-facing Components // J. Nuclear Materials. 2011. V. 415. Pp. 5957—5964.
4. Pitts R.A. e. a. A Full Tungsten Divertor for ITER: Physics Issues and Design Status // J. Nuclear Materials. 2013. V. 438. Pp. 548—556.
5. Komov A.T., Varava A.N., Dedov A.V., Kamenskov-Nemynov R.I. Experimental Investigations of Heat Transfer in a Subcooled Twisted Flow // Heat Transfer Research. 2007. V. 38(6). Pp. 533—539.
6. Dedov A.V., Komov A.T., Varava A.N., Yagov V.V. Hydrodynamics and Heat Transfer in Swirl Flow Under Conditions of One-side heating. Pt. 1. Pressure Drop and Single-phase Heat Transfer // Intern. J. Heat and Mass Transfer. 2010. V. 53. Iss. 19—20. Pp. 4123—4131.
7. Дедов А.В. Критические тепловые нагрузки при кипении в недогретом потоке // Теплоэнергетика. 2010. № 3. C. 2—8.
8. Дедов А.В. Особенности кипения в недогретом потоке // Теплоэнергетика. 2009. № 8. C. 62—69.
9. Ягов В.В., Дедов А.В. Теплообмен при пленочном кипении в турбулентном потоке недогретой жидкости // Теплоэнергетика. 2009. № 3. С. 21—29.
10. Budaev V.P. e. a. High-heat Flux Tests of Fusion Materials with Stationary Plasma in the PLM Device // Nuclear Materials and Energy. 2020. V. 25. P. 111694.
11. Ван Оост Г., Дедов А.В., Будаев В.П. Материалы обращенных к плазме компонентов термоядерных реакторов-токамаков: требования, термостабилизация, испытания (обзор) // Теплоэнергетика. 2021. № 3. С. 1—18.
12. Будаев В.П. и др. Плазменная установка НИУ «МЭИ» для испытания тугоплавких металлов и создания высокопористых материалов нового поколения // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Термоядерный синтез». 2017. Т. 40. Вып. 3. С. 23—25.
13. Федорович С.Д. и др. Испытания охлаждаемых вольфрамовых модулей теплозащитной облицовки дивертора стационарной плазмой в ПЛМ // XLIX Международная Звенигородская конференция по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу: Сб. тезисов докл. М.: АО НТЦ «ПЛАЗМАИОФАН», 2022. С. 56.
14. Mirnov S.V. e. a. Experimental Test of the System of Vertical and Longitudinal Lithium Limiters on T-11M Tokamak as a Prototype of Plasma Facing Components of a Steady-State Fusion Neutron Source // Nuclear Fusion. 2015. V. 55. P. 123015.
15. Люблинский И.Е., Вертков А.В., Семенов В.В. Сравнительный анализ возможности применения легкоплавких металлов с капиллярно-пористой системой в условиях токамака // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Термоядерный синтез». 2015. Т. 38. Вып. 1. С. 7—14.
---
Для цитирования: Грашин С.А., Будаев В.П., Карпов А.В., Федорович С.Д., Лукашевский М.В., Рогозин К.А., Чан К.В., Коньков А.А., Квасков В.С., Белоусов С.В. Разработка комплекса материаловедческих исследований на токамаке Т-15МД // Вестник МЭИ. 2023. № 3. С. 145—153. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-3-145-153
---
Работа выполнена по договору № 43-03/22/44/108 между НИЦ «Курчатовский институт» и ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ»
#
1. Budaev V.P. Rezul'taty Ispytaniy Vol'framovykh Misheney Divertora pri Moshchnykh Plazmenno-teplovykh Nagruzkakh, Ozhidaemykh v ITER i Tokamakakh Reaktornogo Masshtaba (Obzor). Voprosy Atomnoy Nauki i Tekhniki. Seriya «Termoyadernyy Sintez». 2015;38;4:5—33. (in Russian).
2. Khvostenko P.P. i dr. Eksperimental'naya Termoyadernaya Ustanovka Tokamak T-15MD. Voprosy Atomnoy Nauki i Tekhniki. Seriya «Termoyadernyy Sintez». 2019;42;1:15—38. (in Russian).
3. Pitts R.A. e. a. Physics Basis and Design of the ITER Plasma-facing Components. J. Nuclear Materials. 2011;415:5957—5964.
4. Pitts R.A. e. a. A Full Tungsten Divertor for ITER: Physics Issues and Design Status. J. Nuclear Materials. 2013;438:548—556.
5. Komov A.T., Varava A.N., Dedov A.V., Kamenskov-Nemynov R.I. Experimental Investigations of Heat Transfer in a Subcooled Twisted Flow. Heat Transfer Research. 2007;38(6):533—539.
6. Dedov A.V., Komov A.T., Varava A.N., Yagov V.V. Hydrodynamics and Heat Transfer in Swirl Flow Under Conditions of One-side heating. Pt. 1. Pressure Drop and Single-phase Heat Transfer. Intern. J. Heat and Mass Transfer. 2010;53;19—20:4123—4131.
7. Dedov A.V. Kriticheskie Teplovye Nagruzki pri Kipenii v Nedogretom Potoke. Teploenergetika. 2010;3:2—8. (in Russian).
8. Dedov A.V. Osobennosti Kipeniya v Nedogretom Potoke. Teploenergetika. 2009;8:62—69. (in Russian).
9. Yagov V.V., Dedov A.V. Teploobmen pri Plenochnom Kipenii v Turbulentnom Potoke Nedogretoy Zhidkosti. Teploenergetika. 2009;3:21—29. (in Russian).
10. Budaev V.P. e. a. High-heat Flux Tests of Fusion Materials with Stationary Plasma in the PLM Device. Nuclear Materials and Energy. 2020;25:111694.
11. Van Oost G., Dedov A.V., Budaev V.P. Materialy Obrashchennykh k Plazme Komponentov Termoyadernykh Reaktorov-Tokamakov: Trebovaniya, Termostabilizatsiya, Ispytaniya (Obzor). Teploenergetika. 2021;3:1—18. (in Russian).
12. Budaev V.P. i dr. Plazmennaya Ustanovka NIU «MEI» dlya Ispytaniya Tugoplavkikh Metallov i Sozdaniya Vysokoporistykh Materialov Novogo Pokoleniya. Voprosy Atomnoy Nauki i Tekhniki. Seriya «Termoyadernyy Sintez». 2017;40;3:23—25. (in Russian).
13. Fedorovich S.D. i dr. Ispytaniya Okhlazhdaemykh Vol'framovykh Moduley Teplozashchitnoy Oblitsovki Divertora Statsionarnoy Plazmoy v PLM. XLIX Mezhdunarodnaya Zvenigorodskaya Konferentsiya po Fizike Plazmy i Upravlyaemomu Termoyadernomu Sintezu: Sb. Tezisov Dokl. M.: AO NTTS «PLAZMAIOFAN», 2022:56. (in Russian).
14. Mirnov S.V. e. a. Experimental Test of the System of Vertical and Longitudinal Lithium Limiters on T-11M Tokamak as a Prototype of Plasma Facing Components of a Steady-State Fusion Neutron Source. Nuclear Fusion. 2015;55:123015.
15. Lyublinskiy I.E., Vertkov A.V., Semenov V.V. Sravnitel'nyy Analiz Vozmozhnosti Primeneniya Legkoplavkikh Metallov s Kapillyarno-poristoy Sistemoy v Usloviyakh Tokamaka. Voprosy Atomnoy Nauki i Tekhniki. Seriya «Termoyadernyy Sintez». 2015;38;1:7—14. (in Russian).
---
For citation: Grashin S.A., Budaev V.P., Karpov A.V., Fedorovich S.D., Lukashevsky M.V., Rogozin K.A., Chan Q.V., Kon’kov A.A., Kvaskov V.S., Belousov S.V. Development of a System for Materials Science Studies on the T-15MD Tokamak. Bulletin of MPEI. 2023;3:145—153. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2023-3-145-153
---
The work is executed Under Contract No. 43-03/22/44/108 Between NRC «Kurchatov Institute» and FGBOU VO «NRU MPEI
Опубликован
2022-11-28
Выпуск
Раздел
Ядерные энергетические установки, топливный цикл, радиационная безопасность (технические науки) (2.4.9)
