Cryogenic System Infrastructure for a Tokamak Based on Reactor Technologies
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2023-3-130-137Keywords:
tokamak based on reactor technologies, cryostat, thermal protection, helium liquefiers, refrigeratorsAbstract
The article describes the purpose of developing a new line for construction of tokamaks within the framework of the Federal Project FP-3 as part of the integrated program “Development of equipment, technologies and scientific research in the field of nuclear energy use in the Russian Federation for the period up to 2024” (RTTN) is described. The main feature of the installation designed within the framework of RTTN is the use of high-temperature superconductors for the electromagnetic system, for which a developed and highly reliable cryogenic infrastructure shall be set up. The main elements of this system are described, and its technical parameters are given. The system, which is under development, will ensure the helium and nitrogen flowrates necessary to maintain the required TRT tokamak operation mode.
References
1. Ильгисонис В.И., Ильин К.И., Новиков С.Г., Оленин Ю.А. О программе российских исследований в области управляемого термоядерного синтеза и плазменных технологий // Физика плазмы. 2021. T. 47. № 11. С. 963—969.
2. Azizov E.A., Gladush G.G., Rodionov N.B., Rodionova V.P. On Heat Removal from the First Wall Elements in Warm TF Coils in the JUST-T Tokamak // Plasma Devices and Operations. 2007. V. 15(3). Pp. 241—252.
3. Азизов Э.А., Гладуш Г.Г., Минеев А.Б. УТС с магнитным удержанием и разработка гибридного реактора синтез-деление на основе токамака. М.: Тровант. 2016.
4. Bondarchuk E.N. e. a. Engineering Aspects of the Electromagnetic System of the TRT Tokamak // Plasma Phys. Rep. 2021. V. 47. No. 12. Pp. 1188—1203.
5. Bertalot L. e. a. Present Status of ITER Neutron Diagnostics Development // J. Fusion Energy. 2019. V. 38. No. 3. Pp. 283—290.
6. Whyte D.G. e. a. Maximizing Fusion Power in an ARC-class Tokamak with a Heat Exhaust Solution // Proc. 62nd Annual Meeting APS Division of Plasma Phys. 2020. V. 65. No. 11. P. JO08.015.
7. Marmar E. e. a. The High Field Tokamak Path to Fusion Energy: C-Mod to SPARC to ARC // Proc. 60th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Phys. 2018. Pp. 1—20.
8. Segantin S. e. a. Preliminary Investigation of Neutron Shielding Compounds for ARC-class Tokamaks // Fusion Eng. and Design. 2022. V. 185(7). P. 113335.
9. Lin Y., Wright J.C., Wukitch S.J. Physics Basis for the ICRF System of the SPARC Tokamak // J. Plasma Phys. 2020. V. 86(5). P. 865860506.
10. Creely A.J. e. a. Overview of the SPARC Tokamak // Ibid. P. 865860502.
11. Mikhail S.L. e. a. Status and Tasks of TRINITI Site Infrastructure Modernization for the Ignitor Project // Fusion Eng. and Design. 2019. V. 146. Pp. 866—869.
12. Perevezentsev A.N., Rozenkevich M.B., Subbotin M.L. Concept of the Fuel Cycle of the IGNITOR Tokamak // Phys. Atomic Nuclei. 2019. V. 82(7). Pp. 1055—1059.
13. Subbotin M.L. e. a. Current Status and Objectives of Modernizing the Engineering, Physical, and Energy Infrastructure of the SFT Facility for the Implementation of the Ignitor Project // Phys. Atomic Nuclei. 2020. V. 83(7). Pp. 1131—1144.
14. Ciotti M. e. a. Novel Hybrid Pilot Experiment Proposal for a Fusion-Fission Subcritical Coupled System // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Термоядерный синтез». 2021. Т. 44. № 2. С. 57—64.
15. Красильников А.В. и др. Токамак с реакторными технологиями (TRT): концепция, миссии, основные особенности и ожидаемые характеристики // Физика плазмы. 2021. T. 47. № 11. С. 970—985.
16. Сытников В.Е. и др. Перспективные варианты ВТСП-проводов для электромагнитной системы TRT // Физика плазмы. 2021. Т. 47. № 12. С. 1087—1102.
17. Леонов В.М. и др. Сценарии разряда токамака с реакторными технологиями // Физика плазмы. 2021. Т. 47. № 11. С. 986—997.
18. Антропов Д.А. и др. Криостат и вакуумная камера ТРТ // Физика плазмы. 2021. T. 47. № 12. C. 1146—1151.
19. Progress in the ITER Physics Basis // Nuclear Fusion. 2007. V. 47.
20. Реконструкция термоядерного комплекса ТСП (2-й этап). Проектная документация. Раздел 5 «Сведения об инженерном оборудовании, о сетях инженерно-технического обеспечения, перечень инженерно-технических мероприятий, содержащих технологические решения». Подраздел 7 «Технологические решения». Часть 8. Здание 220/1. Криогенная азотная система. 2021.
---
Для цитирования: Гладуш Г.Г., Лазукин А.В., Рудов А.В., Родионов Н.Б. Инфраструктура системы криогенного обеспечения токамака с реакторными технологиями // Вестник МЭИ. 2023. № 3. С. 130—137. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-3-130-137
---
Работа выполнена при поддержке: Госкорпорации «Росатом» в рамках договора от 11 мая 2022 г. № Н.4к.241.09.22.1077. Идентификатор государственного контракта 1770641334822000620
#
1. Il'gisonis V.I., Il'in K.I., Novikov S.G., Olenin Yu.A. O Programme Rossiyskikh Issledovaniy v Oblasti Upravlyaemogo Termoyadernogo Sinteza i Plazmennykh Tekhnologiy. Fizika Plazmy. 2021;47;11:963—969. (in Russian).
2. Azizov E.A., Gladush G.G., Rodionov N.B., Rodionova V.P. On Heat Removal from the First Wall Elements in Warm TF Coils in the JUST-T Tokamak. Plasma Devices and Operations. 2007;15(3):241—252.
3. Azizov E.A., Gladush G.G., Mineev A.B. UTS s Magnitnym Uderzhaniem i Razrabotka Gibridnogo Reaktora Sintez-delenie na Osnove Tokamaka. M.: Trovant. 2016. (in Russian).
4. Bondarchuk E.N. e. a. Engineering Aspects of the Electromagnetic System of the TRT Tokamak. Plasma Phys. Rep. 2021;47;12:1188—1203.
5. Bertalot L. e. a. Present Status of ITER Neutron Diagnostics Development. J. Fusion Energy. 2019;38;3:283—290.
6. Whyte D.G. e. a. Maximizing Fusion Power in an ARC-class Tokamak with a Heat Exhaust Solution. Proc. 62nd Annual Meeting APS Division of Plasma Phys. 2020;65;11:JO08.015.
7. Marmar E. e. a. The High Field Tokamak Path to Fusion Energy: C-Mod to SPARC to ARC. Proc. 60th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Phys. 2018:1—20.
8. Segantin S. e. a. Preliminary Investigation of Neutron Shielding Compounds for ARC-class Tokamaks. Fusion Eng. and Design. 2022;185(7):113335.
9. Lin Y., Wright J.C., Wukitch S.J. Physics Basis for the ICRF System of the SPARC Tokamak. J. Plasma Phys. 2020;86(5):865860506.
10. Creely A.J. e. a. Overview of the SPARC Tokamak. Ibid:865860502.
11. Mikhail S.L. e. a. Status and Tasks of TRINITI Site Infrastructure Modernization for the Ignitor Project. Fusion Eng. and Design. 2019;146:866—869.
12. Perevezentsev A.N., Rozenkevich M.B., Subbotin M.L. Concept of the Fuel Cycle of the IGNITOR Tokamak. Phys. Atomic Nuclei. 2019;82(7):1055—1059.
13. Subbotin M.L. e. a. Current Status and Objectives of Modernizing the Engineering, Physical, and Energy Infrastructure of the SFT Facility for the Implementation of the Ignitor Project. Phys. Atomic Nuclei. 2020;83(7):1131—1144.
14. Ciotti M. e. a. Novel Hybrid Pilot Experiment Proposal for a Fusion-Fission Subcritical Coupled System. Voprosy Atomnoy Nauki i Tekhniki. Seriya «Termoyadernyy Sintez». 2021;44;2:57—64.
15. Krasil'nikov A.V. i dr. Tokamak s Reaktornymi Tekhnologiyami (TRT): Kontseptsiya, Missii, Osnovnye Osobennosti i Ozhidaemye Kharakteristiki. Fizika Plazmy. 2021;47;11:970—985. (in Russian).
16. Sytnikov V.E. i dr. Perspektivnye varianty VTSP-provodov dlya Elektromagnitnoy Sistemy TRT. Fizika Plazmy. 2021;47;12:1087—1102. (in Russian).
17. Leonov V.M. i dr. Stsenarii Razryada Tokamaka s Reaktornymi Tekhnologiyami. Fizika Plazmy. 2021;47;11:986—997. (in Russian).
18. Antropov D.A. i dr. Kriostat i Vakuumnaya Kamera TRT. Fizika Plazmy. 2021;47;12:1146—1151. (in Russian).
19. Progress in the ITER Physics Basis. Nuclear Fusion. 2007;47.
20. Rekonstruktsiya Termoyadernogo Kompleksa TSP (2-y Etap). Proektnaya Dokumentatsiya. Razdel 5 «Svedeniya ob Inzhenernom Oborudovanii, o Setyakh Inzhenerno-tekhnicheskogo Obespecheniya, Perechen' Inzhenerno-tekhnicheskikh Meropriyatiy, Soderzhashchikh Tekhnologicheskie Resheniya». Podrazdel 7 «Tekhnologicheskie Resheniya». Chast' 8. Zdanie 220/1. Kriogennaya Azotnaya Sistema. 2021. (in Russian).
---
For citation: Gladush G.G, Lazukin A.V., Rudov A.V., Rodionov N.B. Cryogenic System Infrastructure for a Tokamak Based on Reactor Technologies. Bulletin of MPEI. 2023;3:130—137. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2023-3-130-137
---
The work is executed at support: «Rosatom» State Corporation Under the Agreement Dated May 11, 2022. No. Н.4к.241.09.22.1077. State Contract ID 1770641334822000620
2. Azizov E.A., Gladush G.G., Rodionov N.B., Rodionova V.P. On Heat Removal from the First Wall Elements in Warm TF Coils in the JUST-T Tokamak // Plasma Devices and Operations. 2007. V. 15(3). Pp. 241—252.
3. Азизов Э.А., Гладуш Г.Г., Минеев А.Б. УТС с магнитным удержанием и разработка гибридного реактора синтез-деление на основе токамака. М.: Тровант. 2016.
4. Bondarchuk E.N. e. a. Engineering Aspects of the Electromagnetic System of the TRT Tokamak // Plasma Phys. Rep. 2021. V. 47. No. 12. Pp. 1188—1203.
5. Bertalot L. e. a. Present Status of ITER Neutron Diagnostics Development // J. Fusion Energy. 2019. V. 38. No. 3. Pp. 283—290.
6. Whyte D.G. e. a. Maximizing Fusion Power in an ARC-class Tokamak with a Heat Exhaust Solution // Proc. 62nd Annual Meeting APS Division of Plasma Phys. 2020. V. 65. No. 11. P. JO08.015.
7. Marmar E. e. a. The High Field Tokamak Path to Fusion Energy: C-Mod to SPARC to ARC // Proc. 60th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Phys. 2018. Pp. 1—20.
8. Segantin S. e. a. Preliminary Investigation of Neutron Shielding Compounds for ARC-class Tokamaks // Fusion Eng. and Design. 2022. V. 185(7). P. 113335.
9. Lin Y., Wright J.C., Wukitch S.J. Physics Basis for the ICRF System of the SPARC Tokamak // J. Plasma Phys. 2020. V. 86(5). P. 865860506.
10. Creely A.J. e. a. Overview of the SPARC Tokamak // Ibid. P. 865860502.
11. Mikhail S.L. e. a. Status and Tasks of TRINITI Site Infrastructure Modernization for the Ignitor Project // Fusion Eng. and Design. 2019. V. 146. Pp. 866—869.
12. Perevezentsev A.N., Rozenkevich M.B., Subbotin M.L. Concept of the Fuel Cycle of the IGNITOR Tokamak // Phys. Atomic Nuclei. 2019. V. 82(7). Pp. 1055—1059.
13. Subbotin M.L. e. a. Current Status and Objectives of Modernizing the Engineering, Physical, and Energy Infrastructure of the SFT Facility for the Implementation of the Ignitor Project // Phys. Atomic Nuclei. 2020. V. 83(7). Pp. 1131—1144.
14. Ciotti M. e. a. Novel Hybrid Pilot Experiment Proposal for a Fusion-Fission Subcritical Coupled System // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Термоядерный синтез». 2021. Т. 44. № 2. С. 57—64.
15. Красильников А.В. и др. Токамак с реакторными технологиями (TRT): концепция, миссии, основные особенности и ожидаемые характеристики // Физика плазмы. 2021. T. 47. № 11. С. 970—985.
16. Сытников В.Е. и др. Перспективные варианты ВТСП-проводов для электромагнитной системы TRT // Физика плазмы. 2021. Т. 47. № 12. С. 1087—1102.
17. Леонов В.М. и др. Сценарии разряда токамака с реакторными технологиями // Физика плазмы. 2021. Т. 47. № 11. С. 986—997.
18. Антропов Д.А. и др. Криостат и вакуумная камера ТРТ // Физика плазмы. 2021. T. 47. № 12. C. 1146—1151.
19. Progress in the ITER Physics Basis // Nuclear Fusion. 2007. V. 47.
20. Реконструкция термоядерного комплекса ТСП (2-й этап). Проектная документация. Раздел 5 «Сведения об инженерном оборудовании, о сетях инженерно-технического обеспечения, перечень инженерно-технических мероприятий, содержащих технологические решения». Подраздел 7 «Технологические решения». Часть 8. Здание 220/1. Криогенная азотная система. 2021.
---
Для цитирования: Гладуш Г.Г., Лазукин А.В., Рудов А.В., Родионов Н.Б. Инфраструктура системы криогенного обеспечения токамака с реакторными технологиями // Вестник МЭИ. 2023. № 3. С. 130—137. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-3-130-137
---
Работа выполнена при поддержке: Госкорпорации «Росатом» в рамках договора от 11 мая 2022 г. № Н.4к.241.09.22.1077. Идентификатор государственного контракта 1770641334822000620
#
1. Il'gisonis V.I., Il'in K.I., Novikov S.G., Olenin Yu.A. O Programme Rossiyskikh Issledovaniy v Oblasti Upravlyaemogo Termoyadernogo Sinteza i Plazmennykh Tekhnologiy. Fizika Plazmy. 2021;47;11:963—969. (in Russian).
2. Azizov E.A., Gladush G.G., Rodionov N.B., Rodionova V.P. On Heat Removal from the First Wall Elements in Warm TF Coils in the JUST-T Tokamak. Plasma Devices and Operations. 2007;15(3):241—252.
3. Azizov E.A., Gladush G.G., Mineev A.B. UTS s Magnitnym Uderzhaniem i Razrabotka Gibridnogo Reaktora Sintez-delenie na Osnove Tokamaka. M.: Trovant. 2016. (in Russian).
4. Bondarchuk E.N. e. a. Engineering Aspects of the Electromagnetic System of the TRT Tokamak. Plasma Phys. Rep. 2021;47;12:1188—1203.
5. Bertalot L. e. a. Present Status of ITER Neutron Diagnostics Development. J. Fusion Energy. 2019;38;3:283—290.
6. Whyte D.G. e. a. Maximizing Fusion Power in an ARC-class Tokamak with a Heat Exhaust Solution. Proc. 62nd Annual Meeting APS Division of Plasma Phys. 2020;65;11:JO08.015.
7. Marmar E. e. a. The High Field Tokamak Path to Fusion Energy: C-Mod to SPARC to ARC. Proc. 60th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Phys. 2018:1—20.
8. Segantin S. e. a. Preliminary Investigation of Neutron Shielding Compounds for ARC-class Tokamaks. Fusion Eng. and Design. 2022;185(7):113335.
9. Lin Y., Wright J.C., Wukitch S.J. Physics Basis for the ICRF System of the SPARC Tokamak. J. Plasma Phys. 2020;86(5):865860506.
10. Creely A.J. e. a. Overview of the SPARC Tokamak. Ibid:865860502.
11. Mikhail S.L. e. a. Status and Tasks of TRINITI Site Infrastructure Modernization for the Ignitor Project. Fusion Eng. and Design. 2019;146:866—869.
12. Perevezentsev A.N., Rozenkevich M.B., Subbotin M.L. Concept of the Fuel Cycle of the IGNITOR Tokamak. Phys. Atomic Nuclei. 2019;82(7):1055—1059.
13. Subbotin M.L. e. a. Current Status and Objectives of Modernizing the Engineering, Physical, and Energy Infrastructure of the SFT Facility for the Implementation of the Ignitor Project. Phys. Atomic Nuclei. 2020;83(7):1131—1144.
14. Ciotti M. e. a. Novel Hybrid Pilot Experiment Proposal for a Fusion-Fission Subcritical Coupled System. Voprosy Atomnoy Nauki i Tekhniki. Seriya «Termoyadernyy Sintez». 2021;44;2:57—64.
15. Krasil'nikov A.V. i dr. Tokamak s Reaktornymi Tekhnologiyami (TRT): Kontseptsiya, Missii, Osnovnye Osobennosti i Ozhidaemye Kharakteristiki. Fizika Plazmy. 2021;47;11:970—985. (in Russian).
16. Sytnikov V.E. i dr. Perspektivnye varianty VTSP-provodov dlya Elektromagnitnoy Sistemy TRT. Fizika Plazmy. 2021;47;12:1087—1102. (in Russian).
17. Leonov V.M. i dr. Stsenarii Razryada Tokamaka s Reaktornymi Tekhnologiyami. Fizika Plazmy. 2021;47;11:986—997. (in Russian).
18. Antropov D.A. i dr. Kriostat i Vakuumnaya Kamera TRT. Fizika Plazmy. 2021;47;12:1146—1151. (in Russian).
19. Progress in the ITER Physics Basis. Nuclear Fusion. 2007;47.
20. Rekonstruktsiya Termoyadernogo Kompleksa TSP (2-y Etap). Proektnaya Dokumentatsiya. Razdel 5 «Svedeniya ob Inzhenernom Oborudovanii, o Setyakh Inzhenerno-tekhnicheskogo Obespecheniya, Perechen' Inzhenerno-tekhnicheskikh Meropriyatiy, Soderzhashchikh Tekhnologicheskie Resheniya». Podrazdel 7 «Tekhnologicheskie Resheniya». Chast' 8. Zdanie 220/1. Kriogennaya Azotnaya Sistema. 2021. (in Russian).
---
For citation: Gladush G.G, Lazukin A.V., Rudov A.V., Rodionov N.B. Cryogenic System Infrastructure for a Tokamak Based on Reactor Technologies. Bulletin of MPEI. 2023;3:130—137. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2023-3-130-137
---
The work is executed at support: «Rosatom» State Corporation Under the Agreement Dated May 11, 2022. No. Н.4к.241.09.22.1077. State Contract ID 1770641334822000620
Downloads
Published
2023-02-14
Issue
Section
Machines and apparatuses, processes of refrigeration and cryogenic engineering (technical sciences) (2.4.8.)
