Уникальная научная установка "Экспериментальная термоядерная установка токамак Т-15МД"

Установка токамак Т-15 включена в федеральный реестр уникальных научных установок – УНУ согласно Распоряжению Правительства Российской Федерации от 30 декабря 2009 года №2125-р в редакции Распоряжения Правительства Российской Федерации от 20 июля 2016 года №1558-р.

Начиная с 2014 г. была проведена модернизация всех систем токамака Т-15, завершившаяся физическим (май 2021 г.) и энергетическим (март 2023 г.) пуском установки. В настоящее время идет оснащение установки системами дополнительного нагрева и генерации тока современными системами диагностики плазмы. Модернизированная установка получила наименование "Экспериментальная термоядерная установка токамак Т-15МД".

Организация: НИЦ "Курчатовский институт"
Адрес: 123182, Россия, Москва, пл. академика Курчатова, д. 1

Сокращенное название: УНУ токамак Т-15МД

Руководитель: Лутченко Александр Васильевич –руководитель Курчатовского комплекса термоядерной энергетики и плазменных технологий НИЦ "Курчатовский институт"
Контактная информация: тел.  +7(499)196-99-09, эл. почта: Lutchenko_AV@nrcki.ru

Научный руководитель: Хвостенко Петр Павлович – научный руководитель Курчатовского комплекса термоядерной энергетики и плазменных технологий НИЦ "Курчатовский институт", доктор технических наук
Контактная информация: тел.  +7(499)196-79-04, эл. почта: Khvostenko_PP@nrcki.ru

Год создания УНУ токамак Т-15МД: 2020 год

Описание УНУ:
Установка Т-15МД сооружена в Курчатовском комплексе термоядерной энергетики и плазменных технологий НИЦ "Курчатовский институт".

Т-15МД — крупнейший в России диверторный токамак, отличительной особенностью которого является низкое аспектное отношение (А=2,2) при высоком тороидальном магнитном поле (BT=2 Т).

Основные направления деятельности установки Т-15МД связаны с развитием термоядерных исследований магнитного удержания плазмы в установках токамак как в направлении создания гибридного реактора, так и в направлении "чистого" термояда.

Для нагрева плазмы до реакторных температур и создания неиндукционного тока в токамаке Т-15МД предусмотрен мощный комплекс дополнительного нагрева, состоящий из четырех систем: инжекции нейтральных атомов (водород, энергии до 75 кэВ), электронно-циклотронного нагрева и генерации тока (частоты 82,6 и 105 ГГц), ионно-циклотронного нагрева (частоты до 60 МГц) и нижнегибридного нагрева и генерации тока (частота 2.45 ГГц).

Современный диагностический комплекс установки включает в себя физические и технологические диагностики для обеспечения контроля и управления параметрами плазмы, параметрами комплекса нагрева, технологических систем.

Программа научных исследований на токамаке Т-15МД направлена на получение физической и технологической баз данных в обоснование создания стационарных термоядерных реакторов и термоядерных источников нейтронов перспективных гибридных систем на основе токамаков. На токамаке Т-15МД будут проводиться эксперименты в поддержку международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР. Поддержание квазистационарного устойчивого режима улучшенного удержания в плазме с длительностью разряда от нескольких до сотен секунд с помощью систем дополнительного нагрева плазмы является основным направлением работы установки на весь период ее работы. Токамак Т-15МД с мощной системой дополнительного нагрева плазмы на уровне 20 МВт, позволяющей достигать термоядерные параметры плазмы, с диагностическим комплексом, не уступающим лучшим мировым аналогам, станет новым инструментом для научных исследований, с помощью которого, будет возможным решение широкого спектра физических проблем и дальнейшее развитие технологий, необходимых для надежного обоснования параметров энергетического термоядерного и гибридного реакторов.

Электропитание магнитной системы установки осуществляется непосредственно от городской электросети. Мощность 250 МВА.

 

 

Системы и оборудование, обеспечивающие работу установки, расположены в нескольких зданиях и сооружениях.

Электропитание систем установки осуществляется от подстанций № 745 110/10 кВ (мощность 230 МВА), анодных подстанций № 1 и № 2 10/1 кВ и подстанции № 110 10/0,4 кВ (мощность 10 МВА).

Электропитание обмоток управления, тороидального поля и индуктора осуществляется от 26-и регулируемых преобразователей, запитанных от анодных подстанций № 1 и № 2. Обмотки охлаждаются дистиллированной водой давлением 10 атм.

Для основного электропитания комплекса дополнительного нагрева плазмы планируется использовать высоковольтные источники питания (СВИП) в количестве 24 шт. с выходными параметрами 60 кВ и 100 А. Питание СВИП осуществляется напряжением 10 кВ непосредственно от подстанции № 745.

Основным элементом установки Т-15МД является вакуумная камера объемом примерно 55 м³. Рабочее давление в камере 1--5 10-7 Торр достигается при помощи системы вакуумной откачки, использующей высоковакуумные и форвакуумные насосы. Суммарная производительность высоковакуумных насосов составляет 3000 л/сек.

Для охлаждения установки, систем комплекса дополнительного нагрева плазмы и другого оборудования используется водяная система, состоящая из контуров дистиллированного и речного охлаждения. Производительность контура дистиллированного охлаждения составляет 2200 м3/час при давлении 10 атм.

Диагностический комплекс: (см. Приложение № 2 к Регламенту доступа к оборудованию уникальной научной установки токамак Т-15МД (УНУ токамак Т-15МД) Приказа НИЦ "Курчатовский институт" от "11" июля 2024 г. № 2300)

 

Программа научных исследований:
Программа научных исследований, проводимых на УНУ токамак Т-15МД, разработана в соответствии с Программой НИЦ "Курчатовский институт" на 2023-2027 гг., включает в себя работы в рамках выполнения Государственного задания Центра и финансируемых программ и грантов. Программа направлена на решение комплексных междисциплинарных проектов по приоритетным направлениям развития науки и технологий Российской Федерации в области рационального природопользования и энергоэффективности, энергосбережения и ядерной энергетики.

 

Основные направления экспериментальных исследований на установке Т-15МД:

• Создание квазистационарной плазмы с реакторными параметрами - экспериментальной базы гибридного реактора:
  — получение устойчивой высокотемпературной плазмы с высоким энергетическим удержанием,
  — получение режимов с высокой долей неиндукционного тока,
  — получение и исследование длинного импульса, оптимизация взаимодействия плазма-стенка.
• Исследования в области актуальных проблем физики плазмы токамака:
  — изучение механизмов переноса основной и пристеночной плазмы, разработка методов удаления примесей из шнура, исследование влияния магнитной конфигурации в том числе влияние отрицательной треугольности, изучение физики быстрых частиц и их взаимодействия с плазмой, альфвеновских мод и их роли в удержании плазмы,
  — исследование механизмов дополнительного нагрева плазмы и генерации тока,
  — изучение механизмов срывов, их контроля и методов гашения разряда,
  — изучение механизмов развития МГД-неустойчивостей и разработка алгоритмов контроля.
• Исследование взаимодействия плазма-стенка и физики дивертора:
  — изучение процессов взаимодействия плазмы со стенкой и дивертором;
  — разработка концепции дивертора;
  — выбор материала первой стенки;
  — использование жидких металлов в первой стенке и диверторе.
• Создание традиционных и улучшенных диагностик и разработка новых диагностических методик.
• Создание систем управления, сбора и обработки данных для реализации длительных разрядов.
• Решение прикладных задач, связанных с отработкой технологий топливного цикла, разработкой систем дистанционного обслуживания, вопросами безопасности термоядерных реакторов и разработкой и тестированием теплотехнических технологий.
• Важную роль в научной программе установки Т-15МД играет развитие теории, методов компьютерного моделирования и разработка численных кодов.

 

Типовые работы и (или) оказываемые услуги:

• Исследования распространения электромагнитных волн в плазме с термоядерными параметрами.
• Материаловедческие исследования при тепловых нагрузках до 10 МВт/м2.
• Спектральные измерения атомов и ионов в высокотемпературной плазме при магнитных полях до 2 Тл.
• Исследования по взаимодействию плазмы с инжектируемыми макрочастицами.

 

План работы УНУ:

2023 г.: исследование плазменных разрядов с лимитерной конфигурацией.

— подготовка токамака Т-15МД к разрядам с вытянутой формой поперечного сечения плазменного шнура.

2024 г.: получение плазменных разрядов с вытянутой формой поперечного сечения плазменного шнура в режимах без и с дополнительным нагревом плазмы.

2025 г.:  получение диверторных разрядов с вытянутостью не менее 1,4. ввод в плазму с током до I= 1 МА мощности дополнительного нагрева P~ 2 МВт.

 

Приложения:

Приказ НИЦ "Курчатовский институт" № 91 от 16 января 2024 г.  "О присвоении экспериментальной термоядерной установке токамак Т-15МД статуса уникальной научной установки";

Приказ НИЦ "Курчатовский институт" № 2300 от 11 июля 2024 г. "Об утверждении документов, регламентирующих доступ и порядок использования уникальной научной установки токамак Т-15МД"