Том 50, № 4 (2024)

Для решения основных проблем создания термоядерного токамака-реактора, таких как экспериментальная демонстрация квазистационарного термоядерного горения, генерация неиндуктивного квазистационарного тока; разработка плазменных технологий и материалов первой стенки и дивертора создаётся Международный экспериментальный термоядерный реактор ИТЭР, разрабатываются проекты демонстрационных реакторов DEMO, а в России разрабатывается токамак с реакторными технологиями TРT. Представлены основные компоненты технологических платформ ИТЭР (сверхпроводящая электромагнитная система (ЭМС) из Nb₃Sn и NbTi, первая стенка из W с покрытием из материала с низким Z, системы дополнительного нагрева плазмы, экспериментальные модули бридерного бланкета, системы управления плазмой и др.) и TRT (ЭМС из высокотемпературных сверхпроводников, опции первой стенки из W с покрытием из B₄C, из композита TiB₂-AlN и жидкометаллическая литиевая, системы дополнительного нагрева и генерации квазистационарного неиндуктивного тока, инновационный дивертор, экспериментальные модули бридерного и гибридного бланкета, реакторосовместимые диагностики и системы дистанционного управления плазмой и др.). Технологические платформы сооружаемого ИТЭР и проектируемого TРT вместе содержат практически полный, по современным представлениям, набор технологий будущего термоядерного реактора.

Представлена концепция диагностики ЭЦИ для установки ТРТ и оценены достижимые параметры измерений в базовом сценарии. Целевая для диагностики область спектра соответствует первой гармонике частоты ЭЦР в обыкновенной поляризации (O1) и второй гармонике в необыкновенной поляризации (X2). Предполагается осуществлять измерения со стороны слабого поля вдоль двух линий обзора: радиальной и тороидально наклоненной. Доступная область спектра в терминах нормированной радиальной координаты приблизительно оценивается в –0.9—0.9 для O1 и –0.1—0.9 для X2. Для формирования входного волнового пучка предлагается применять квазиоптическую фокусирующую систему, обеспечивающую поперечный размер разрешаемой области примерно 3—5 см на O1 и 1.2—3 см на X2. Для измерений предлагается применять фурье-спектрометры с временным разрешением около 10 мс и многоканальные гетеродинные приемники с временным разрешением около 1 мкс. Минимальный радиальный размер разрешаемой области оценивается в 3—5 см для O1 и 2—4 см для X2, в зависимости от координаты.

Приведены результаты модельных численных расчетов, показывающие влияние вакуумной камеры ТРТ на амплитуду и фазу сигналов в магнитных датчиках, которые расположены на внутренней и внешней поверхности вакуумной камеры. Показано, что характерное время в датчиках напряжения обхода существенно зависит от их положения на вакуумной камере ТРТ. Поэтому требуется их тщательное согласование между собой, особенно на динамической стадии разряда, когда в вакуумной камере наводятся большие вихревые токи. Приведены результаты численных расчетов при периодическом возмущении в плазменном шнуре. Они показали, что вакуумная камера практически полностью экранирует сигналы в датчиках формы магнитной поверхности, расположенных на внешней поверхности вакуумной камеры. При этом она влияет не только на амплитуду сигналов в магнитных датчиках, но и на фазу сигналов. Численные исследования позволяет заключить, что приоритетным является расположение датчиков формы магнитной поверхности именно на внутренней поверхности вакуумной камеры ТРТ.

Обсуждается возможность применения диагностики допплеровского обратного рассеяния (ДОР) для решения задач токамака с реакторными технологиями (ТРТ), а также предложены способы ее реализации в ТРТ, включая обсуждение возможных технических характеристик системы. Одним из наиболее важных преимуществ реализации ДОР является возможность исследовать различные области плазмы. Это требует выбора соответствующего диапазона частот зондирования, чтобы они соответствовали сценариям и профилям плотности, ожидаемым в ТРТ. Обсуждаются аспекты и преимущества различных способов реализации ДОР на токамаке. Представлены возможные аппаратные средства, конструкции и расположение антенной системы. Существуют также ограничения системы, которые необходимо учитывать специально для ТРТ. Идеи по реализации ДОР на ТРТ подкреплены расчетами трассировки лучей и разрешения диагностики. Также оцениваются волновые числа флуктуаций плазмы, которые система могла бы регистрировать.

Рассмотрены возможности применения активной корпускулярной диагностики для измерения локальных значений ионной температуры и изотопного соотношения дейтерий-тритиевой плазмы на токамаке с реакторными технологиями. Представлены варианты размещения анализатора атомов относительно диагностического инжектора. Проведено моделирование потоков атомов дейтерия и трития из плазмы для широкого диапазона значений плотности и температуры плазмы. Показано, что активная корпускулярная диагностика позволит измерять указанные параметры плазмы с пространственным разрешением ~ 14 см и временным разрешением ~ 0.01–0.1 с.

Рассмотрены варианты реализации диагностической системы ИК-термография в установке ТРТ. Предложено два варианта оптической схемы измерения температуры первой стенки и диверторных мишеней: широкоугольная система, совмещенная с двумя диверторными каналами и четырехканальная система обзора. Проведено численное моделирование оптического разрешения обеих систем и уровней собираемого сигнала. На основании проведенных расчетов сделаны выводы о соответствии систем требованиям к измерениям температуры обращённых к плазме элементов ТРТ. Рассмотрены источники ошибки измерения температуры, сделана оценка величины ошибки, обусловленной отражением исследуемой поверхностью излучения обращенных к плазме элементов конструкций. Также обсуждаются вопросы калибровки диагностики ИК-термографии.