2010, вып. 2 Итоги работы по научному направлениюvant.iterru.ru/vant_2010_2/1.pdf · ИТОГИ РАБОТЫ ПО НАУЧНОМУ НАПРАВЛЕНИЮ

2010, вып. 2 Итоги работы по научному направлению «Термоядерный синтез и плазменные технологии»…

3

УДК 621.039

ИТОГИ РАБОТЫ ПО НАУЧНОМУ НАПРАВЛЕНИЮ «ТЕРМОЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗИ ПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» В РНЦ «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ» ЗА 2009 г.

Отчёт

В настоящем отчёте представлены исследования, проводимые в РНЦ «Курчатовский институт» понаучному направлению «Термоядерный синтез и плазменные технологии» в 2009 г. В отчёт включеныработы, выполненные коллективами ИЯС, ИФТ, ИОЯФ, Агентства ИТЭР, ИВЭПТ и соисполнителями.

Начинается отчёт с информации о реорганизации Института ядерного синтеза и создании на базеего подразделений Института физики токамаков (ИФТ). Отчёт состоит из трёх основных разделов: про-ект международного термоядерного реактора ИТЭР, управляемый термоядерный синтез и плазменныетехнологии. В первом разделе помещена информация об организации работ Агентством ИТЭР по вы-полнению российских обязательств по поставкам оборудования для сооружаемого реактора ИТЭР вг. Кадараше, Франция, расчётно-теоретических исследованиях по оптимизации плазмофизических пара-метров реактора ИТЭР, испытаниях гиротронов, разработке диагностических систем и их отдельныхэлементов для реактора, работах, проводимых в обоснование системы инжекции ИТЭР.

Во втором разделе представлены результаты теоретических и расчётных работ по управляемому термо-ядерному синтезу, включая исследования по физике плазмы токамаков, инновационным системам магнит-ного удержания термоядерной плазмы высокого давления, общей физике и спектроскопии плазмы,теоретическому исследованию многоуровневого моделирования детонационных явлений и технологий вгазовой и плазменной фазе, а также теоретических работ в области исследования материалов. В данныйраздел включены результаты экспериментальных работ на токамаке Т-10, в том числе отработка техникилитиизации графитового лимитера при мощном СВЧ-нагреве плазмы, исследование развития неустойчиво-сти срыва и отработка методов смягчения её последствий с помощью многократной пеллет-инжекции. Со-ставной частью работ по УТС явились проработки ряда проблем в рамках концепции будущих термоядер-ных реакторов. В исследования по импульсным процессам включены изучение физики плазменных преры-вателей тока (ППТ), исследования нейтронного источника на основе Х-пинча и работы по плазменному фо-кусу на установке ПФ-3. В данный раздел включены традиционно проводимые в ИЯС в рамках фундамен-тальных исследований экспериментальные работы по изучению элементарных процессов (на установкеДИВО) и неустойчивости сверхотражения в модельных опытах на вращающейся мелкой воде.

Третий раздел представлен работами в области плазменных и нанотехнологий, а именно: техноло-гий создания многослойных покрытий мембран датчиков давления на плазменной установке с комбини-рованным разрядом; вакуумных ионно-лучевых и плазменных технологий; плазменных технологий дляпереработки ОЯТ и твёрдых бытовых отходов. Проводились исследования сорбционных свойств нерас-пыляемых геттеров на основе сплава титан—ванадий, исследования мощных абляционных импульсныхплазменных двигателей (АИПД). Отрабатывалась методика исследования биологических и химическихвеществ с помощью портативного лазерного детектора — флуоресцентного экспресс-анализатора. Раз-рабатывались новые технологии совместного плазмохимического и радиационно-химического модифи-цирования гетерогенных органических сред. В отчёте отражены технологические работы по наномоди-фикации полимерных волокон ПЭТФ при крейзинге в жидких адсорбционно активных средах и им-пульсному электромагнитному компактированию нанопорошковых структур с целью создания материа-лов с повышенными механическими характеристиками.

Отчёт завершается информацией о публикациях, вышедших в свет в 2009 г., и участии ИЯС (ИФТ) вмеждународной научно-технической деятельности.

В подготовке отчёта приняли участие научные сотрудники всех лабораторий, учёные секретари ируководители научных подразделений ИЯС, ИФТ, ИОЯФ, Агентства ИТЭР, ИВЭПТ. Следует отметитьактивное участие в подготовке отчёта Э.А. Азизова, В.С. Стрелкова, А.С. Трубникова, П.П. Хвостенко,Н.В. Иванова, А.В. Красильникова, В.И. Ильгисониса, Г.Е. Ноткина, Б.В. Кутеева, В.М. Кулыгина,В.С. Койдана, Ю.Г. Калинина, О.И. Обрезкова, С.Л. Недосеева, М.Л. Субботина, С.В. Коновалова,А.Н. Чудновского, С.Е. Лысенко, Б.Р. Мещерова, А.В. Демуры, Т.Л. Королевой, А.В. Звонкова,Г.И. Кротовой, Б.А. Вершка, В.В. Макаровой, В.В. Хлебушкиной.

Л.К. Кузнецова ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез

4

Особой строкой следует выделить роль академика РАН В.П. Смирнова, который в период с 1998 по2009 г. возглавлял работы по направлению «Термоядерный синтез и плазменные технологии» в РНЦ«Курчатовский институт», являясь директором Института ядерного синтеза.

РЕОРГАНИЗАЦИЯ ИНСТИТУТА ЯДЕРНОГО СИНТЕЗА (ИЯС) И СОЗДАНИЕ НА БАЗЕЕГО ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ ИНСТИТУТА ФИЗИКИ ТОКАМАКОВ (ИФТ)

В апреле 2009 г. ГК «Росатом» создал комиссию по выбору путей оптимального развития термо-ядерной энергетики России на основе токамаков. Руководителем комиссии назначен С.В. Мирнов. В со-став комиссии вошли представители РНЦ «Курчатовский институт», ТРИНИТИ, НИИЭФА им. В.Д. Еф-ремова, ВНИИНМ им. А.А. Бочвара, НИКИЭТ им. Н.А. Доллежаля, ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, МИФИ,т.е. представители практически всех институтов, связанных с работами на токамаках. Комиссия под-твердила, что создание так называемого «чистого» термоядерного реактора должно быть основной стра-тегической линией развития программы УТС в России. В то же время стало актуальным использованиесовременных достижений физики и технологии УТС для решения задач атомной энергетики. Комиссияпришла к заключению, что исследования физических процессов в токамаках и развитие токамаков какосновы термоядерной энергетики и новейшие разработки должны обеспечить научную и технологиче-скую поддержку как программы ИТЭР, так и гибридных систем.

Комиссия сформулировала задачи, необходимые для решения термоядерным сообществом:— в ближайшие годы модернизировать и развить экспериментальную базу токамаков;— выполнить комплекс работ по созданию стационарного источника нейтронов для решения задач

атомной энергетики;— институтам, вовлечённым в программу работ по УТС, обеспечить подготовку нового поколения

физиков, инженеров и технического персонала как для выполнения национальных задач, так и для уча-стия в проекте ИТЭР;

— РНЦ «Курчатовский институт» необходимо выполнять функцию руководителя и координатораработ по токамакам в стране.

На основе выводов комиссии Росатома руководство РНЦ «Курчатовский институт» приняло реше-ние выделить работы по токамакам как базовое направление программы УТС в РНЦ «Курчатовский ин-ститут» в отдельный институт с целью концентрации научных, технических и финансовых ресурсов вэтом направлении (приказ по РНЦ «Курчатовский институт» от 12.10.2009 г. № 948). Кроме того, путёмконцентрации работ руководство РНЦ «Курчатовский институт» намерено решить и социальные про-блемы для успешного выполнения работ по токамакам.

ПРОЕКТ МЕЖДУНАРОДНОГО ТЕРМОЯДЕРНОГО РЕАКТОРА ИТЭРОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ АГЕНТСТВОМ ИТЭР

Продолжаются подготовка и заключение между российским Агентством ИТЭР и Международнойорганизацией ИТЭР Соглашений о поставках оборудования в обеспечение вклада Российской Федера-ции в проект ИТЭР. В течение 2009 г. были заключены два таких Соглашения — о поставке централь-ных сборок дивертора и верхних патрубков.

Выполнены организационно-методические, расчётные и конструкторские работы в обеспечениеподготовки и выполнения Соглашения о поставке полоидальной катушки PF-1, которое будет заключе-но в 2010 г.

Проведены предварительные проработки контракта с Международной организацией ИТЭР по теп-ловым испытаниям компонентов дивертора, подписание которого также запланировано на 2010 г.

Осуществляется исполнение уже заключённых Соглашений о поставках. Так, изготовлена партияNb3Sn-стрендов в количестве 5 т и проведено их тестирование в соответствии с требованиями Соглаше-ния о поставках. Изготовлена партия NbTi-стрендов в количестве 1,3 т.

Проводятся ОКР и подготовительные работы к заключению Соглашений о поставке по всем систе-мам, входящим в поставку РФ:


5

— по диагностическим системам поставки были выполнены разработка концептуальных проектовдиагностических систем, интеграция диагностических систем в порт-плагах, изготовление и испытанияпрототипов элементов диагностических систем;

— разработаны и изготовлены опытные образцы коммутационных аппаратов и других элементовмощного электрооборудования, входящих в состав систем питания обмоток ИТЭР;

— проведено изготовление прототипов защитных модулей бланкета и электросоединителеймодулей;

— проводятся испытания образцов гиротронов «Везувий-9», «Везувий-10» на стенде РНЦ «Курча-товский институт».

РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОПТИМИЗАЦИИ ПЛАЗМОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВРЕАКТОРА ИТЭР

Разработан алгоритм включения систем обратных связей с использованием магнитных измерений всимулятор управления устойчивостью RWM (Resistive Wall Modes — мод, обязанных конечной прово-димости кожуха) в ИТЭР. Необходимая математическая точность достигается благодаря представлениюрешения уравнения Лапласа для магнитного возмущения в вакууме в интегральном виде с использова-нием функции Грина.

Разработана теоретическая модель сопряжения решений внутренней задачи МГД-устойчивости (кодKINX) с вакуумным магнитным потенциалом на предписанной поверхности (вне плазмы), ограничи-вающей область расчёта токов во внешних проводящих структурах.

При помощи кода KINX проведён анализ пределов идеальной устойчивости плазмы ИТЭР и выпол-нены расчёты инкрементов внешних винтовых мод, стабилизированных стенкой с конечной проводимо-стью (RWM) с учётом портов и патрубков в вакуумной камере, а также при наличии модулей бланкета.Исследована сходимость на последовательности численных сеток для аппроксимации трёхмерных про-водников. Разработан интерфейс между электромагнитными и линейными МГД-кодами, основанный наспециальном выборе базисных функций. Получены предельные значения b для базового квазистацио-нарного сценария ИТЭР.

Разработан симулятор МГД-мод, локализованных на границе плазменного шнура (ELM), на базечисленного кода KINX. Проведены расчёты диаграмм устойчивости ELM в ИТЭР при изменении плот-ности тока и градиента давления плазмы в области пьедестала. Показано, что отношение значенийплотности тока и градиента давления на границе плазмы к значениям в максимуме пьедестала явля-ется определяющим параметром, изменение которого приводит к качественным изменениям в диаграм-ме устойчивости. Рассчитаны диапазоны величин b, ширины пьедестала и температуры на пьедесталепри различных значениях тока плазмы ИТЭР.

Проведён анализ возможностей систем управления разрядом ИТЭР и разработаны алгоритмы длядостижения режимов с зажиганием и их последующего поддержания без использования дополнительно-го нагрева плазмы. Проведённые расчёты продемонстрировали эффективность многоканальной астати-ческой системы управления как в ходе плавной эволюции разряда, так и при введении быстрых тесто-вых возмущений параметров плазмы.

Разработан усовершенствованный алгоритм и создан программный модуль для моделирования ис-парения дейтериевой/тритиевой таблетки при подпитке плазмы ИТЭР частицами с учётом произвольнойгеометрии инжекции и изменения параметров плазмы в ходе испарения таблетки. Модель интегрирова-на в код ASTRA, и проведена верификация модели по имеющимся экспериментальным данным с тока-маков JET и TORE SUPRA.

Разработана и верифицирована программа для моделирования испарения примесных таблеток, ивыполнено усовершенствование кода ZIMPUR, интегрированного с кодом ASTRA, введён учёт распре-делённого источника частиц в расчётах эволюции параметров плазмы ИТЭР при инжекции примеснойтаблетки.

Разработан программный модуль в коде ДИНА для расчёта силового электромагнитного воздейст-вия на катушки полоидального магнитного поля в процессе управления положением, формой и токомплазмы ИТЭР. Методика расчёта электромагнитных нагрузок сводится к суммированию силовых элек-


6

тромагнитных воздействий на обмотки полоидального поля как со стороны токов самих обмоток, так итока плазмы и токов, протекающих по элементам пассивных структур, в частности, в вакуумной камере.

Продемонстрированы преимущества тороидально широкой многопетлевой антенны бегущей волны(АБВ) для ИЦР-нагрева и генерации тока в ИТЭР. Применение принципа АБВ позволяет значительноупростить конструкцию ИЦР-антенны ИТЭР и при этом обеспечивает улучшение связи антенна—плазма, постоянство вводимой мощности даже в условиях ELM-активности, стабильность работы вусловиях интенсивных нейтронных нагрузок.

Разработаны сценарии генерации тока быстрыми магнитозвуковыми (БМЗ) волнами во внешних об-ластях плазмы для гибридных сценариев ИТЭР. Проведён анализ водородной фазы ИТЭР с использова-нием сценария малых добавок ионов 4Не. Моделирование при помощи кода PSTELION показало, чтопри использовании малых добавок ионов 3He и 4Не возможна эффективная генерация тока во внешнихобластях плазмы, необходимая для осуществления гибридных сценариев. При увеличении концентрацииионов 3He реализуется сценарий локальной генерации тока со стороны сильного магнитного поля, весь-ма важный для подавления НТМ-мод и образования внутреннего транспортного барьера в ИТЭР.

Проведено полноволновое моделирование ЭЦР-нагрева в ИТЭР с использованием законов подобияпри помощи обновленного трёхмерного полноволнового кода STELEC. Показано, что в базовом для ак-тивной фазы ИТЭР сценарии ЭЦ-нагрева на основной гармонике возбуждение электронных бернштей-новских волн приводит к значительному уширению профилей поглощения мощности по сравнению спредсказаниями, полученными в приближении лучевых траекторий. В сценарии ЭЦ-нагрева на второйгармонике, планируемом для неактивной фазы ИТЭР, результаты полноволнового моделированиясогласуются с приближением лучевых траекторий, демонстрируя хорошую локализацию поглощенияВЧ-мощности при умеренных плотностях плазмы.

Численный код CYNEQ расчёта плотности мощности потерь на электронное циклотронное излуче-ние (ЭЦИ) усовершенствован введением учёта неоднородности распределения полного магнитного поляпо магнитным поверхностям. Созданный на его основе симулятор ЭЦИ адаптирован в среду интегриро-ванного моделирования сценариев разряда в ИТЭР на основе кодов АСТРА и ДИНА. Симулятор позво-ляет ускорить численный расчёт в среднем в 10 раз по сравнению с кодом CYNEQ за счёт использова-ния заранее рассчитанной базы данных для коэффициентов поглощения ЭЦ-волн в плазме.

ИСПЫТАНИЯ ГИРОТРОНОВ ПО ПРОЕКТУ ИТЭР

На испытательном стенде гиротронов ИТЭР проведены испытания гиротрона «Везувий-9» — опыт-ного образца серийного гиротрона ИТЭР. Выходная мощность гиротрона в виде гауссового СВЧ-пучкасоставила величину РСВЧ = 0,6 МВт при длительности импульса τ = 800 с. Проведены испытания макетагиротрона «Парус» с частотой 170 ГГц, с модифицированной электронно-оптической системой и новымквазиоптическим преобразователем, с пониженным уровнем потерь. Результаты измерения зависимости

выходной мощности и к.п.д. короткоимпульсного(τ = 50 мкс) прототипа 170 ГГц гиротрона на ра-бочей моде TE28,12 с новым квазиоптическим пре-образователем с пониженным уровнем потерь взависимости от тока пучка приведены на рис. 1.

Измерения проводились в режиме с заземлён-ным коллектором (без рекуперации остаточнойэнергии). Уровень выходной мощности 1,731 МВтдостигнут в проектном режиме (100 кВ, 50 А). От-мечены рост к.п.д. и ярко выраженное насыщениероста к.п.д. вблизи проектных значений тока пучкадля нового комбинированного квазиоптическогопреобразователя с волноводным преобразователем.Это является прямым следствием уменьшения рас-сеянного излучения на волноводном вырезе внутри

0

Рис. 1. Выходная мощность и к.п.д. короткоимпульсногопрототипа 170 ГГц гиротрона в зависимости от тока пучка

2,0

Ток пучка Ib, А30 40 50 602010

0,20,40,60,81,01,21,41,61,8

2,2ТЕ28,12, 170 ГГц, U0 = 100 кВ

Вы

ходн

ая м

ощно

сть

Р СВ

Ч, М

Вт

РСВЧ

h

00,1

0,20,30,40,50,60,70,80,91,0

к.п.

д.h


7

гиротрона, что создаёт благоприятные условия для увеличения уровня выходноймощности и длительности импульса. Максимальная выходная мощность 2,131 МВтс к.п.д. около 35,5% зарегистрирована при токе пучка 60 А.

С использованием результатов испытаний изготовлен макет гиротрона170 ГГц, рассчитанный на работу при длительности импульса τ £ 0,3 с(рис. 2). В настоящее время начаты его испытания на испытательном стендегиротронов в ИФТ.

РАЗРАБОТКА ДИАГНОСТИЧЕСКИХ СИСТЕМИ ИХ ОТДЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ РЕАКТОРА ИТЭР

Создание стендового комплекса для испытания диагностик. Разработан исоздан специализированный стендовый комплекс для испытания диагностик ИТЭРобщей площадью около 320 м2, отвечающий условиям необходимой защиты отвредных воздействий окружающей среды, таких, как повышенная запылённостьвоздуха, резкие колебания температуры, повышенная влажность, высокий уровеньзвуковых шумов, электромагнитные наводки. Для создания необходимых условийфункционирования элементов диагностических систем и обеспечения работы пер-сонала стендовый комплекс оснащён специализированными инженерными систе-мами: вентиляции и кондиционирования, электроснабжения и освещения, техниче-ского и водопроводного водоснабжения.

Тестирование образцов диагностических зеркал в условиях соосажде-ния металлических и углеродосодержащих примесей. Проведено тестирование образцов диагности-ческих зеркал в условиях соосаждения металлических и углеродосодержащих примесей. Тесты зеркалвыполнены для двух величин потока частиц: 1014 и 1015 част./(см2×с1), близких к расчётным значениямдля потока примесей на первую стенку в области диагностических портов. Время экспозиции зеркал со-ставляло 2 ч. Тестирование показало, что поток частиц 1014 част./(см2×с1) не приводит к изменению оп-тических свойств зеркал. Напротив, если поток частиц составит 1015 част./(см2×с1), то работа оптическихдиагностик будет затруднительна ввиду заметного (до 10%) снижения коэффициента отражения зеркал.

Исследование влияния рентгеновского излучения на характеристики зеркал в условиях, мо-делирующих обстановку ИТЭР. На магнетронном стенде проведено исследование влияния рентге-новского излучения на характеристики зеркал в условиях, моделирующих обстановку ИТЭР: материалкатода магнетрона — графит МПГ-8, расстояние от катода до образца 5 см, давление рабочей смеси(40% Ar, 55% D2, 5% CHD3) 20 Па, напряжение разряда 450 В, ток 100 мА, время экспозиции 2 ч, зер-кала нагревались до температуры 170 ºС и выше. Поток атомов углерода на зеркало в этих условияхсоставлял 1014 част./(см2×с1). Выявлено сложное взаимосвязанное влияние различных факторов: потокчастиц, дополнительный нагрев образцов, рентгеновское излучение. Показано, что в некоторых усло-виях воздействие всех перечисленных факторов оказывает минимальное воздействие на оптическиехарактеристики зеркал.

Развитие диагностики «Рефлектометрия со стороны сильного поля» ИТЭР. Диагностика позво-ляет измерять профиль электронной плотности плазмы и характеристики флуктуаций плотности (МГД,AEM, турбулентности).

В 2009 г. работы проводились на временном стенде рефлектометрии, на котором собран полно-стью функциональный макет перестраиваемого СВЧ-генератора в диапазоне частот 26,5—40 ГГц сиспользованием полупроводниковых источников и схем активного умножения частоты (рис. 3).Проведены работы по созданию и испытанию модулей умножения частоты для работы на частотах18—26,5 и 40—60 ГГц. Стенд укомплектован современным метрологическим оборудованием для сбор-ки и настройки аппаратуры. В 2010 г. предполагается перейти от макета к прототипу, разработанному подоговору с МАИ.

Рис. 2. Макет гиротрона170 ГГц, рассчитанныйна работу при длительно-сти импульса τ £ 0,3 с врежиме с рекуперациейэлектронного пучка


8

Диагностика диверторной плазмы ИТЭР. Промоделирован сигнал флюоресценции при измере-ниях ионной температуры в условиях диверторной плазмы при электронной температуре 10—30 эВ иконцентрации электронов более 1019 м–3.

Проведён отбор композитных конструкционных материалов для несущих элементов диагностикиЛИФ применительно к условиям эксплуатации ИТЭР. Сочетание различных наполнителей и связующихпозволяет обеспечивать разнообразные (в зависимости от решаемых задач) характеристики композит-ных материалов. Для присоединительных элементов предполагается использовать такие материалы, какалюминий, титан, нержавеющая сталь.

Спектроскопия водородных линий. Проведён анализ механизмов уширения спектральных ли-ний водорода бальмеровской серии для условий диверторной и пристеночной плазмы. Предложен но-вый код расчёта контуров линий, основанный на методе кинетического уравнения (МКУ), тестирова-ние которого показало, что при его использовании расчётное время снижается почти на два порядкавеличины по сравнению с расчётным временем известного быстродействующего кода, основанного наметоде флуктуирующей частоты (МФЧ), а результаты расчётов по МКУ и МФЧ практически совпа-дают. Метод МКУ был выбран в качестве оптимального для расчётов контуров линий в диверторной ипристеночной плазме.

Разработан проект спецификации поставки диагностики «Спектроскопия водородных линий наИТЭР», включающий основные элементы и узлы диагностики, внутрикамерные элементы которой раз-мещаются в четырёх порт-плагах ИТЭР.

На установке Т-10 выполнено тестирование прототипа широкоугольной оптической системы(эндоскопа), продемонстрировавшее эффективность разработанных конструкторских решений, та-ких, как использование внутрикамерного зеркала для сбора излучения из плазмы, передача излуче-ния через канал малого диаметра (~10 см), защита внутрикамерного зеркала диафрагмой малогодиаметра (~1 мм), использование узкополосных интерференционных фильтров для выделения спек-тральных линий при осуществлении пространственно-разрешённых измерений. За время эксплуата-ции с помощью эндоскопа проведены многочисленные эксперименты, показавшие его востребован-ность, высокую надёжность и широкие возможности.

Разработан и изготовлен прототип детектора для пространственно-разрешённых измерений интен-сивности излучения (рис. 4), представляющий составную цилиндрическую конструкцию и включающийв себя механическую часть, оптические узлы и элементы и CCD-камеру.

Рис. 3. Макет перестраиваемого СВЧ-генератора в диапазоне частот 26,5—40 ГГц

Рис. 4. Прототип детектора для пространственно-разрешенных измерений интенсивности излучения в сбореРис. 4. Прототип детектора для пространственно-разрешённых измерений интенсивности излучения в сборе


9

РАБОТЫ В ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМЫ ИНЖЕКЦИИ ИТЭР

В рамках контракта с ITER Organization проведён цикл расчётов по транспортировке пучков и газо-вым условиям в очередной раз изменённой конфигурации нагревного и диагностического инжекторовсистемы нейтральной инжекции ИТЭР. Определены распределения полных нагрузок и пиковых плотно-стей мощности на компонентах инжекторов и элементах пучкового тракта.

Проведён анализ траекторий в приёмнике ионов инжектора с учётом пространственного заряда: какоставшихся исходных отрицательных ионов, так и положительных ионов, образованных из них в ней-трализаторе. Определено операционное окно величины перезарядной мишени в нейтрализаторе(NLмин = 0,3·1016 < NL < NLмакс = 0,65·1016 cм–2 при оптимальном значении NLопт = 0,36·1016 cм–2), обеспе-чивающее полный перехват ионов пучка в приёмнике ионов.

УПРАВЛЯЕМЫЙ ТЕРМОЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И РАСЧЁТНЫЕ РАБОТЫ

Физика плазмы токамаков. С использова-нием модернизированного кода CONTRA-C про-ведено моделирование нелокального отклика по-токов тепла в токамаке на быстрое включение иотключение ЭЦР-нагрева, а также на присутствиепилообразных колебаний в приосевой зоне с q < 1.Результаты моделирования показывают, что ана-логично эксперименту турбулентность поддержи-вает и быстро восстанавливает самосогласован-ность профилей давления после быстрых перехо-дов во всех указанных режимах (рис. 5).

Разработана теоретическая модель подавле-ния радиационно-конденсационной неустойчивости и формирования MARFE при инжекции различныхгазов в токамак. Показано, что неустойчивость хорошо подавляется при инжекции неона, а инжекцияаргона неэффективна.

Предложен метод увеличения эффективности ВЧ-нагрева плазмы за счёт низкочастотной модуляцииисточника. Показано, что модуляция может понизить минимальную необходимую мощность на 30%.

Инновационные системы магнитного удержания термоядерной плазмы высокого давления.Показано, что плазма, удерживаемая в прямой осесимметричной магнитной ловушке, может бытьМГД-устойчива в довольно широком диапазоне изменения параметров магнитной конфигурации. Такаяловушка может быть создана как комбинация простого непараксиального пробкотрона и адиабатическойобласти полукаспа. При определённом соотношении давления плазмы в пробкотроне и полукаспе сис-тема оказывается устойчивой в целом. Значительный благодаря большой кривизне поля в составляющихячейках запас устойчивости системы может быть использован для стабилизации длинной ловушки.

Общая физика плазмы. Предложена модель космического джета, работающего в режиме МГД-соплаи униполярного индуктора. Показано, что «твердотельное» вращение винтовых магнитных силовых линийприводит к ускорению малой доли частиц плазмы вплоть до ультрарелятивистских энергий со спектром,близким к наблюдаемому.

Предложено использовать изменение первичного спектра космических лучей из-за рожденияэлектрон-позитронных пар в столкновениях с фотонами реликтового излучения для оценки расстоянийдо источников космических лучей.

Спектроскопия плазмы. С учётом вырождения кулоновских уровней энергии атома водорода иводородоподобных ионов проведён расчёт времени излучения из состояний, возмущённых нейтральныматомом, и показано, что эти времена на два-три порядка больше времён, рассчитанных ранее без учётавырождения. Вычислены также сечения перемешивания момента L-электрона, которые на 5—6 поряд-ков превосходят сечения, найденные ранее без учёта вырождения.

Проанализированы существующие современные модели описания микрополя в плазме.

Рис. 5. Уровни флуктуаций потенциала плазмы (а) и флуктуацийэнтропии (б) в полоидальном сечении токамака на стадииразвитой турбулентности

а б


10

Проведено сравнительное экспериментальное и теоретическое исследование асимметрии централь-ной части профиля линии водорода Бальмер-бэта. Новые измерения на трёх разных плазменных источ-никах сопоставлены с ранее известными экспериментальными данными и с расчётами в рамках стан-дартной теории штарковского уширения водородных спектральных линий, когда уширение ионамипредполагается квазистатическим, электронами — ударным, а также с результатами впервые выполнен-ного компьютерного моделирования асимметрии Бальмер-бэта. Важное отличие результатов последнегометода состоит в одновременном рассмотрении временной динамики электрических полей ионов иэлектронов с помощью моделирования движения частиц по заданным прямолинейным траекториям. Вобласти высоких плотностей плазмы результаты экспериментов и обоих теоретических подходов согла-суются между собой. В области низких плотностей, где предположения, заложенные в основу стандарт-ной теории, нарушаются, расхождение результатов моделирования и стандартной теории становитсяожидаемо существенным. Отсутствие экспериментальных данных в области низких плотностей не по-зволяет сделать окончательное заключение о применимости данных компьютерного моделированияштарковского профиля в этой области, например, без учёта тонкой структуры.

Детальное многоуровневое моделирование детонационных явлений и технологий в газовой иплазменной фазе. В 2009 г. исследования детонационных явлений были сосредоточены как на решенииметодических, так и фундаментальных и прикладных задач.

В методических исследованиях, основным предметом которых были экономичные модели кинетикигорения водорода, способные корректно описывать все стадии самовоспламенения и горения водорода вдетонационных волнах, была описана модифицированная двухстадийная модель горения водорода иразработаны рекомендации по восстановлению её параметров из кинетических нульмерных расчётовсамовоспламенения, что обеспечило высокую точность моделирования всех стадий горения. Модель,как показало тестирование, позволяет описывать многомерную структуру детонационных волн с точно-стью, сопоставимой с точностью детальных кинетических схем, при затратах машинного времени на2—3 порядка меньше и может быть рекомендована для практической оценки детонационной способностиводород-воздушных/кислородных смесей на промышленных объектах водородной энергетики (рис. 6).

В направлении фундаментальных задач изучались механизмы формирования ударных волн в неод-нородной самовоспламеняющейся среде. Исследование влияния типа кинетики химических реакций накритические параметры формирования ударных волн показало, что в случае разветвлённо-цепной кине-тики реакций критерий Зельдовича о формировании ударных волн работает только при очень быстромтепловыделении в химической реакции. В случае медленного тепловыделения для корректного опреде-ления критических условий формирования ударных волн и детонации необходимо точное моделирова-ние газодинамических процессов.

Проведены прикладные теоретические исследования механизмов инициирования детонации в присутст-вии химически активной плазмы электрических разрядов, которые, как было установлено, представляют собойсложное многомерное взаимодействие физико-химических процессов самовоспламенения и тепловыделенияв локальных неоднородностях, созданных плазмой разряда, и газодинамических поперечных возмущений и

Рис. 6. Предсказанная многомерная динамика многофронтовой детонации в водород-кислород-аргоновой смеси. Расчёты про-ведены с модифицированной двухстадийной моделью горения водорода в каналах различной ширины

а

б

в

г


11

ударных волн. При реализации указанного взаимодействия по-является действительная возможность существенно снизитьэнергетические затраты на быстрое инициирование детонациив смесях углеводородов с кислородом и воздухом (рис. 7).

Теоретические работы в области исследования мате-риалов. Обнаружено экспериментально и объяснено теорети-чески уменьшение концентрации гелия вблизи поверхности,облучённой ионами гелия, с ростом внешнего напряжения.Эффект наиболее заметен выше предела текучести.

Показано экспериментально и теоретически, что ранееобнаруженная ползучесть материалов, инициированная об-лучением ионами водорода, возрастает при уменьшенииразмеров зерна в материале.

Предсказан эффект снижения некогерентного рассеянияпри каналировании рентгеновских квантов вблизи края по-глощения материала стенок волновода.

ЭКСПЕРИМЕНТЫ НА ТОКАМАКЕ Т-109

Отработка техники литиизации графитового лимитера при мощном СВЧ-нагреве плазмы.Получены режимы с низким коэффициентом рециклинга (k ≤ 0,3) при мощном СВЧ-нагреве плазмы(РСВЧ ³ 2 МВт). В этих режимах была использована литиизация графитового лимитера с помощью капил-лярно-пористого элемента. Наблюдалось уменьшение эффективного заряда плазмы в центре плазменногошнура, что приводило к уменьшению радиационных потерь из центральной области в 3 раза. Отработанатехника литиизации, обеспечивающая поддержание литиевого покрытия в течение длительного времени.

Исследование развития неустойчивости срыва и отработка методов смягчения её последствий спомощью многократной пеллет-инжекции. На установке Т-10 получены энергонапряжённые плазменныережимы вблизи операционных пределов токамака (ток плазмы — до 350 кА, электронная плотность ne — до7·1019 м–3) с уровнем мощности дополнительного нагрева плазмы до 3 МВт и изучена динамика срыва попредельной плотности в этих режимах. Предельные концентрации, при которых происходил срыв, достига-лись как с помощью газонапуска дейтерия из клапана за счёт задания в стационарной фазе разряда про-граммного роста электронной плотности до величины, превышающей предел Гринвальда для данной вели-чины разрядного тока, так и инжекцией дейтериевых макрочастиц (D2 pellets). В этих режимах были прове-дены эксперименты по активному воздействию на развитие неустойчивости срыва.

При помощи одновременной инжекции 5 макрочастиц (пеллет) из D2 или Li, которые вводились в плаз-му при росте МГД-активности, предшествующем срыву, получено надёжное подавление ускоренных элек-тронов, рождающихся в акте срыва. Об этом свидетельствует спад сигнала жёсткого рентгеновского излуче-ния в разряде с инжекцией (рис. 8).

Рис. 8. Разряд со срывом: с инжекцией 5 пеллет (а); без инжекции (б); U0 — напряжение обхода; IHXR — сигнал жесткого рент-геновского излучения (HXR)

Разряд с 5 пеллетами

момент срыва

U0

IHXR

Момент срыва

Разряд с 5 пеллетами

1,0

I HX

R,U

0, от

н. е

д.

t, мс

0,8

0,6

0,4

0,2

0

U0

IHXR

760 780 800 820 840 860 880 900 920

Разряд без пеллет

момент срыва

IHXR

U0

Момент срыва

Разряд без пеллет

1,0

I HX

R,U

0, от

н. е

д.

t, мс

0,8

0,6

0,4

0,2

0

U0

IHXR

580 600 620 640 660 680 700 720 740

а б

РП

ДавлениеРП

Температура

6000 К100 атм

1 атм 300 КРис. 7. Формирование многомерной структуры,инициируемой детонационной волны в результатевзаимодействия затухающей ударной волны инеоднородности, вызванной плазмой разряда (управой границы расчётной области)


12

ТЕРМОЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР

Теплообмен жидкого металла в реальных условиях реактора-токамака. Проведён анализ пере-менных термических напряжений в теплообменных каналах бланкета магнитного термоядерного реак-тора с жидкометаллическим (литий и эвтектика литий—свинец) теплоносителем. Выявлен эффект уве-личения амплитуды низкочастотных температурных пульсаций с ростом числа Гартмана при большихтепловых нагрузках в пристеночной области потока. Этот эффект неблагоприятен для практики, так какнизкочастотные пульсации вызывают переменные напряжения, которые могут привести к усталостномуразрушению канала.

Накопление и проникновение водорода сквозь обращённые к плазме и конструкционные ма-териалы ТЯР. На основе анализа имеющихся данных о накоплении изотопов водорода и их проникно-вении сквозь материалы для термоядерных реакторов с целью выбора оптимального интервала рабочихтемператур, в котором накопление и проницаемость материалов были бы минимальны, выданы реко-мендации (имеющие оценочный характер) для уменьшения накопления трития из материалов ТЯР:

— вольфрам — Т > 1000 К;— углеродные материалы — Т > 800 К;— аустенитные стали — Т ³ 473 К;— мартенситные стали — Т ³ 523 К;— сплавы ванадия — Т > 650—700 К.Разработана принципиальная схема радиохимической переработ-

ки конструкционного материала реакторов типа ДЕМО — дорого-стоящего ванадий-хром-титанового (ВХТ) сплава и его последующейрефабрикации. Она включает растворение сплава в азотной кислоте споследующим экстракционным выделением титана, ванадия и хрома иочисткой их от продуктов активации. Технико-экономическое сравне-ние процессов переработки ВХТ-сплава и его захоронения показалозаметные экономические преимущества процесса переработки.

Испытания образцов радиационно-повреждённых материалов наплазменной установке ЛЕНТА. Проведены исследования материаловтермоядерного реактора, обращённых к плазме, имеющих радиационныеповреждения высокого уровня — до 10 смещений на атом. Впервые вданной работе получены и изучены в плазме материалы (графиты ивольфрам), уровень повреждений в которых соответствует перспектив-ным термоядерным реакторам, включая ИТЭР и энергетические реакторыследующих поколений.

Показано, что распределение радиационных дефектов имеет мак-симум ~5 сна на глубине 6,2 мкм. После многократных экспозицийфлюенс ионов D достигал 2·1026 ион/м2, обнаружен эффект распуха-ния (2—5%) по отношению к толщине повреждённого слоя, наблю-дались также распыление вольфрама и отслаивание повреждённогослоя на вольфраме (рис. 9).

ИМПУЛЬСНЫЕ ПРОЦЕССЫ

Физика плазменных прерывателей тока. Изучена динамика заполнения зазора модуля тока плаз-менных прерывателей тока (ППТ) установки МОЛ (Магнитное обжатие лайнера — прототип установки«Байкал») плазмой. Показано, что в условиях длинного (~40 мкс) предымпульса возможна закороткаППТ плазменными потоками вдоль направления силовых линий внешнего магнитного поля. Предложе-но увеличить длину модуля до 70 см, сузив при этом его диаметр до 8 cм, и повысить напряжённостьвнешнего магнитного поля до 60 кГс, что приведёт к 5-кратному росту плотности переносимого черезППТ заряда и позволит, соответственно, уменьшить габариты установки. Экспериментально продемон-

б

а

Рис. 9. Поверхность вольфрама в исход-ном состоянии (а), после экспозиции вплазме до флюенса 2×1022 D+/см2 (б).На фотографии справа видна зонаоблучения (флюенс ионов 4Не+2 —5×1017 ион/см2), слева — необлучен-ная зона (отчетливо видна границамежду зонами)


13

стрирована возможность инжекции плазмы в зазор ППТ поперёк силовых линий магнитного поля с вы-сокими значениями напряжённости (вплоть до 60 кГс) (рис. 10).

Исследования нейтронного источника на основе Х-пинча. Проведены исследования нейтронногоисточника на основе Х-пинча. При токе до 1,7 МА с фронтом нарастания ~150 нс в области перекрестияустановленных в разрядном промежутке дейтерированных нитей диаметром 70—80 мкм наблюдалосьформирование хорошо локализованных плазменных объектов. Появление этих горячих точек сопровож-далось короткими импульсами мягкого рентгеновского излучения длительностью 2—4 нс и эмиссией ней-тронов. Энергия нейтронов измерялась времяпролётным методом для четырёх различных направленийвылета, что позволило обнаружить анизотропию спектрального распределения нейтронного потока. Так,измеренные значения энергии оказались равными 2,0 ± 0,2 и 2,6 ± 0,1 МэВ для частиц, движущихся вдольоси разряда, в направлении анода и катода соответственно, 2,6 ± 0,1 и 2,4 ± 0,1 МэВ — для диаметральнопротивоположных радиальных направлений. Максимальный нейтронный выход составил 1010.

Плазменный фокус. На двух крупнейших в мире плазмофокусных установках ПФ-3 (РНЦ«Курчатовский институт», Москва) и PF-1000 (Институт физики плазмы и лазерного микросинтеза,Варшава) проведены исследования зависимости нейтронного выхода плазмофокусного разряда отвеличины пинчевого тока. Диапазон энергии источника питания 200—500 кДж, амплитуда разряд-ного тока до 2 МА.

Экспериментально доказана некорректность построения скейлингов с использованием величиныполного разрядного тока, измеренного с помощью поясов Роговского или петлевых датчиков, установ-ленных в начале разрядного промежутка. Посредством зондовых измерений продемонстрировано, что вудачных разрядах (с высоким нейтронным выходом) практически весь ток сжимается внутрь областирадиусом менее 160 мм для установки ПФ-3 (при радиусе анода 460 мм) и менее 40 мм для установкиПФ-1000 (радиус анода 226 мм). Наблюдаемый нейтронный выход коррелирует именно с величиной то-ка, измеренной магнитными зондами (рис. 11).

t = 1 мкс t = 1,3 мкс t = 1,6 мксРис. 10. Динамика заполнения зазора при инжекции плазмы поперёк внешнего поля с напряжённостью H = 60 кГс

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Рис. 11. Зависимость нейтронного выхода установки ПФ-3 от величины тока, измеренного магнитными зондами на разных ра-диусах (а): � — I(r460);Û — I(r160);Ê — I(r20); и поясом Роговского (б):Ð — Itotal; � — I(dI/dt)

1,0

Y n´

1010

n/им

пуль

с

1,5

2,0

0,5

0,5I, МА

01,0 1,5 2,0

2,5

1,0

Y n´

1010

n/им

пуль

с

1,5

2,0

0,5

0,5I, МА

01,0 1,5 2,0

2,5 ба


14

Для спектральных измерений рентгеновского излучения на установке ПФ-3 спроектированы иизготовлены обзорный рентгеновский спектрограф типа де-Бройля и фокусирующий рентгеновскийспектрограф типа Иоганна. Зарегистрированы и расшифрованы спектры гелиеподобного и водоро-доподобного ионов неона. Создана ударно-излучательная модель, описывающая интенсивности из-меренных линий. С её помощью оценены температура и плотность плазмы установки ПФ-3:Te = 180 эВ, Nе = 0,7·1018 см–3.

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Элементарные процессы. На модернизированной масс-спектрометрической установке ДИВО методомрасщеплённого пучка изучались спектры вторичных частиц, образующихся в пучках ионов D– при столкно-вениях с малыми относительными энергиями (1,8—6,1 эВ). Зарегистрированы спектры вторичных ионов D–,являющихся возможными фрагментами распада короткоживущего иона 2D- , тем самым получено ещё одно

подтверждение существования теоретически предсказанного, но ранее не наблюдавшегося иона 2D- . Теоре-тический анализ спектров электронов отрыва при столкновении отрицательных ионов дейтерия с энер-гией относительного движения 1,6—6,1 эВ позволил обнаружить пики, соответствующие образованиюмолекулы D2 и её отрицательного иона в основном электронном состоянии. Впервые получено подтвер-ждение существования отрицательного иона молекулы дейтерия D2 в течение времени, превышающегопериод колебаний ядер.

Неустойчивость сверхотражения в модельных опытах на вращающейся мелкой воде. Исследо-валась задача о гидродинамической неустойчивости сверхотражения зональных сдвиговых течений всвете полученных лабораторных и теоретических результатов об ударных фронтах, производимых то-чечным возмущением при круговом сверхзвуковом движении.

Разработано наглядное описание неустойчивости сверхотражения сверхзвукового кольцевого тече-ния как резонансного процесса, в ходе которого волны, производимые случайным точечным возмуще-нием, движущимся по границе течения, многократно отражаются от него с усилением. Режимы и гео-метрия неустойчивых мод, полученные на основе этого простого аналитического описания, хорошо со-гласуются с результатами модельных опытов на мелкой воде.

Разработанное ранее локальное описание волн в окрестности криволинейного тангенциального разры-ва скорости было использовано для исследования неустойчивости сверхотражения сверхзвукового коль-цевого разрыва в сравнении с результатами модельных экспериментов с мелкой водой — получены коли-чественные данные об инкрементах и параметрических диапазонах существования неустойчивых мод.

ПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Создание многослойных покрытий мембран датчиков давления на плазменной установке скомбинированным разрядом. На плазменной установке с комбинированным разрядом созданымногослойные покрытия мембран датчиков давления с чередующимися слоями углерода, кремния итантала, покрытия чехлов термопарных датчиков с толщиной покрытия до 1 мкм, платиновые по-крытия толщиной 1 мкм высокого качества, предназначенные для создания датчиков мощностирентгеновского излучения.

Вакуумные ионно-лучевые и плазменные технологии. В рамках договора с ВИАМ разработанатехнология защиты деформируемых магниевых сплавов МА14 и МА20 от коррозии и воспламеняемо-сти, основанная на нанесении покрытий из оксидов титана и алюминия, а также нитридов никеля и хро-ма. Предложены состав многослойного наноструктурированного покрытия и технологический процессего нанесения (рис. 12, 13).

Мощные абляционные импульсные плазменные двигатели. В кооперации с НИИПМЭ, МАИ иВНИИЭМ рассмотрены возможности разработки мощных абляционных импульсных плазменных двига-телей (АИПД) для управления движением космических аппаратов на низких земных орбитах. Показано,что АИПД с энергией разряда 100 Дж являются конкурентоспособными при решении задач управленияорбитой космических аппаратов с интегральным импульсом до 100 кНс.


15

Плазменные технологии для переработки ОЯТ. Проведены первые экспериментальные исследо-вания источника плазмы установки ПС-1 в конфигурации с дивертором.

Расчёты показали, что использование двух монохроматических ВЧ-полей с различными частотамипозволяет произвести селективный нагрев однозарядных ионов ядерной золы в присутствии многоза-рядных ионов ядерного топлива. Производительность такой системы переработки ОЯТ невелика: эк-вивалентный ток аксиально-симметричной плазменной струи не превышает значений порядка 1 А.Поднять производительность можно за счёт увеличения поперечного сечения плазменной струи по-средством вытягивания в одном из направлений, перпендикулярных магнитному полю. Переход кленточным струям не будет препятствовать выделению нагретых ионов ЯЗ, если при этом другой по-перечный размер остается неизменным.

Исследование сорбционных свойств нераспыляемых геттеров на основе сплава титан—ванадий. Проведены исследования сорбционных характеристик и температур активации геттеров,изготовленных из сплава титан—ванадий по ТУ14-1-4699-2003. Исследовались пористые газопогло-тители различных конфигураций (пластины, кольца, таблетки), изготовленные как методом спека-ния, так и методом прокатки. Результаты исследований свидетельствуют об уникально низкой тем-пературе активации данных геттеров, которая составляет 250 ºС, а также об их высокой ёмкости поводороду, которая достигает 20 л×тор/г. Работы проводились в рамках хоздоговоров с ФГУП «НПП«Исток» и ЗАО «НПП «Медикон». Результаты также свидетельствуют о том, что указанные мате-риалы могут использоваться в качестве долговременных хранилищ изотопов водорода при строи-тельстве термоядерных установок.

Методика исследования биологических и химических веществ. Разработан и испытан универ-сальный компактный диагностический комплекс для идентификации и количественного определения

Рис. 12. Автоматизированная установка «Кремень-1» для вакуумного осаждения износостойких наноструктурированных по-крытий на детали авиационных двигателей (а) и инструмент для их изготовления (б) по заказу ОАО НПО «Сатурн», г. Рыбинск

Рис. 13. Детали и узлы газотурбинных двигателей, изготовленные с использованием инструмента с наноструктурированнымипокрытиями


16

различных химических веществ, например, поли-циклических ароматических углеводородов (ПАУ)или нефтепродуктов в жидких прозрачных средах.Комплекс представляет собой портативный лазер-ный детектор — флуоресцентный экспресс-анализатор, измеряющий спектральный диапазондлин волн облучения образца и флуоресцентногосигнала от образца и регистрирующий интенсив-ность сигнала в каждой точке (рис. 14).

Этот метод может также эффективно использо-ваться в биотехнологиях (ферментация, техникапищевой промышленности, контроль качества истабильности), медицине (контроль над процессамидля порошковых материалов), промышленном про-изводстве (контроль производственных процессовдля жидкостей, очистка и сепарация), а также всистемах экологического контроля.

Плазменные технологии переработки отхо-дов. Разработана технологическая схема процессапереработки твёрдых бытовых отходов с получени-ем и дальнейшим использованием базальтоподоб-ного шлака и пирогаза для получения электроэнер-гии, а также получения из пирогаза водорода с по-мощью мембранных технологий и синтетическогомоторного топлива на основе процесса Фишера—Тропша. Показано, что построенный на основе та-кой технологии завод может окупиться в течение4—7 лет. На рис. 15 приведен один из возможныхвариантов завода по плазменной переработке твёр-дых бытовых отходов.

Разработка новых технологий совместногоплазмохимического и радиационно-хими-ческого модифицирования гетерогенных орга-нических сред. На установке ЭХО (рис. 16) про-ведены эксперименты по электронно-сти-мулированному крекингу (ЭСК) мазута. Ускори-тель РЭЛУС работал в частотно-импульсном ре-жиме со следующими параметрами: ток в импульсе100 мА, частота следования импульсов до 100 Гц,средняя мощность электронного пучка до 80 Вт.Мазут в количестве ~1 кг подвергался нагреву до400 ºС и барботировался метаном в замкнутом цик-ле с расходом газа 0,1 л/с. Барботаж приводил кинтенсивному перемешиванию мазута в зоне дей-ствия электронного пучка. Предварительные ре-зультаты эксперимента показывают, что доля лёг-кой фракции (температура кипения ниже 360 ºС),полученной в результате ЭСК, составляет 30—35%от массы загруженного сырья.

Рис. 16. Установка «Эхо»

Рис. 16. Установка «Эхо»

Рис. 15. Завод по плазменной переработке твёрдых бытовыхотходов с годовой производительностью 100 тыс. т. Стои-мость сооружения 196 Мевро, продолжительность строи-тельства 4 года, занимаемая площадь ~2,1 га, срок окупае-мости 4 года

Рис. 14. Портативный лазерный детектор — флуоресцентныйэкспресс-анализатор


17

Технология наномодификации полимерных волокон ПЭТФ при крейзинге в жидких адсорб-ционно-активных средах. В ОИНП ИЯС разработана технология наномодификации полимерных во-локон ПЭТФ при крейзинге в жидких адсорбционно-активных средах с целью придания им специаль-ных свойств (пониженной горючести, бактериоцидных, одорированных и др.). Создана эксперимен-тальная технологическая линия для наномодификации волокон со скоростью волокна на выходе до600 м/мин. Были отработаны режимы многостадийной вытяжки и температурной обработки для про-изводства волокна пониженной горючести, проведено моделирование ванны крейзинга, проведён вы-бор модификаторов-антипиренов. Модифицированные волокна проверялись на кислородный индекс ипрочностные свойства.

По результатам разработки была создана опытная система для наномодификации волокон в про-мышленных условиях, включающая в себя ванну крейзинга и систему циркуляции жидкостей. Системабыла проверена на заводе «Судогодский текстиль» (г. Судогда, Владимирская обл.), принадлежащемООО «Полихолдинг» (рис. 17, 18).

Импульсное электромагнитное компактирование нанопорошковых структур с целью созда-ния материалов с повышенными механическими характеристиками. В 2009 г. в ИЯС РНЦ «Кур-чатовский институт» совместно с Центром Келдыша проводились работы по гранту РФФИ. На основегенератора сильных магнитных полей ТРОБ-100 разработана установка для проведения эксперимен-тов по импульсному электромагнитному компактированию нанопорошковых структур с целью созда-ния материалов с повышенными механическими характеристиками. Сверхвысокое давление в образцесоздаётся при генерации сверхсильных магнитных полей в одновитковом соленоиде, в который поме-щена проводящая цилиндрическая оболочка, содержащая компактируемый образец. Проведены пер-вые исследования с микро- и нанопорошками из карбида вольфрама и карбида вольфрама с добавле-нием кобальта. В этих экспериментах достигнуто максимальное давление 17 кбар. Определена сжи-маемость исследуемых нанопорошков.

ПУБЛИКАЦИИ ОБ ИСТОРИИ АТОМНОГО ПРОЕКТА, ДОСТИЖЕНИЯХ РНЦ «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ»

Выпущено шесть публикаций Ю.Н. Смирнова, посвященных людям и событиям, связанным со ста-новлением отечественной ядерной науки и техники.

Вышла в свет книга «Академик Лев Андреевич Арцимович (воспоминания, статьи, документы)»(М.: Физматлит, 2009. — 416 с.) к 100-летию со дня рождения.

Вышла в свет книга В.Д. Шафранова «Ненаучные труды» (М.: РНЦ «Курчатовский институт»/Изд-во «Тровант», 2009. — 264 с.). В книге в поэтической форме рассказано об истории ОПИ—ОФП—ИЯС и коллегах — физиках-термоядерщиках (и не только об этом!).

Рис. 17. Модуль крейзинг-наномодификации волокна ПЭТФна заводе в г. Судогде

Рис. 18. Наработана промышленно значимая (600 кг) партиянегорючего волокна ПЭТФ


18

УЧАСТИЕ ИЯС (ИФТ) В МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В 2009 Г.

Подписан 5-летний контракт между РНЦ «Курчатовский институт» (Институт ядерного синтеза) имеждународным научным консорциумом NWO (Голландия—РФФИ, Россия) о переподготовке молодыхспециалистов и учёных в области физики плазмы с целью повышения их уровня знаний и квалификацииза счёт дополнительного обучения (летние международные школы) и стажировки на лучших термоядер-ных установках Европы и России.

Силами сотрудников ИЯС при финансовой и организационной поддержке РФФИ и РНЦ «Курчатов-ский институт» подготовлен и проведён 12-й Международный симпозиум «Теория периферийной плазмыв термоядерных устройствах» (г. Ростов Великий, Ярославская обл., 2—4 сентября 2009 г.). В работе сим-позиума приняли участие более 50 ведущих научных специалистов из России и зарубежных стран.

Сотрудники ИЯС принимали активное участие в мероприятиях, проводимых в соответствии с реа-лизацией проекта ИТЭР, а также международного научно-технического сотрудничества в области тео-рии плазмы, экспериментальных исследований и численного моделирования со специалистами и орга-низациями из стран Европы, Китая, Индии, Кореи, Японии.

В 2009 г. сотрудниками ИЯС (ИФТ) опубликовано 8 книг, 2 учебных пособия, 94 статьи в журналахи других периодических изданиях, 5 препринтов, 45 отчётов, 7 патентов, заявок на патенты и полезныемодели; в материалах конференций и рабочих групп опубликовано 109 статей.

Составитель отчёта Л.К. Кузнецова

Обзор поступил в редакцию 1 апреля 2010 г.Вопросы атомной науки и техники.

Сер. Термоядерный синтез, 2010, вып. 2, с. 3—18.

Documents

2010, вып. 2 Итоги работы по научному направлениюvant.iterru.ru/vant_2010_2/1.pdf · ИТОГИ РАБОТЫ ПО НАУЧНОМУ НАПРАВЛЕНИЮ