Ilmiy tadqiqotlar va ilovalar uchun gibrid Illinoys qurilmasi - Hybrid Illinois Device for Research and Applications

HIDRA
Ilmiy tadqiqotlar va ilovalar uchun gibrid Illinoys qurilmasi
	Illinoys universiteti Urbana-Shampan universitetida qurilgan HIDRA moslamasi. (Surat: Daniel Andruczyk)
Qurilma turi	Stellarator, Tokamak
Manzil	Urbana, Illinoys, BIZ
Tegishli	Illinoys universiteti Urbana-Shampan
Texnik xususiyatlari
Mayor Radius	0,72 m (2 fut 4 dyuym)
Kichik radius	0,19 m (7,5 dyuym)
Magnit maydon	<0,5 T (5000 G)
Isitish quvvati	26 kVt (2,45 gigagertsli magnetron, ohmik isitish)
Tarix
Ishlagan yili (yillari)	1972 - 1982 (WEGA sifatida, Grenobl ); 1982 - 2000 (WEGA sifatida, Shtutgart ); 2001 - 2013 (WEGA sifatida, Greifsvald ); 2014 yil - hozirgi (HIDRA sifatida, Urbana, Illinoys );

HIDRA 2014 yil dekabridan yig'ilib kelinmoqda. (Surat: Daniel Andruczyk)

The Ilmiy tadqiqotlar va ilovalar uchun gibrid Illinoys qurilmasi (HIDRA) - bu toroidal magnitli termoyadroviy moslamasi, hozirda uning ichida yig'ilmoqda Plazma materiallari bilan ta'sir o'tkazish markazi ichida Yadro, plazma va radiologik muhandislik bo'limi da Illinoys universiteti Urbana-Shampan, Qo'shma Shtatlar. HIDRA birinchi plazmasiga 2015 yil sentyabr oyining o'rtalariga kelib, o'sha yilning dekabriga qadar to'liq eksperimental kampaniyalarni boshlashi kutilmoqda. HIDRA birinchisi WEGA 2001 yildan 2013 yilgacha Germaniyaning Greifsvald shahridagi Maks-Plank instituti für Plazmafsikda ishlagan klassik stellarator.

HIDRA-ning o'ziga xos jihati shundaki, u nafaqat yulduz yulduzi, balki tokamak sifatida ham ishlay oladi, shuning uchun gibrid belgilanadi. Aslida ikkita rejimni bir vaqtning o'zida boshqarish imkoniyati bo'lishi kerak. Plazmadagi 30 daqiqagacha, kelajakda esa 60 daqiqagacha ishlash rejalashtirilgan va termoyadroviy moslamasining vakuum idishi ichidagi plazma va materiallar o'rtasidagi o'zaro bog'liqlikni tushunishga yo'naltirilgan.

Tarix

HIDRA, ehtimol dunyodagi eng yaxshi sayohat qilingan termoyadroviy qurilmalaridir. Frantsiyada boshidan buyon u 3 mamlakatda va 4 shaharda faoliyat yuritgan. Qurilmaning tadqiqot maqsadlari yillar davomida to'lqinli isitishni o'rganish, dunyodagi eng zamonaviy termoyadroviy qurilmalardan biri uchun sinov maydonchasi bo'lish va hozirgi vaqtda plazmalarning ichki devorlari va termoyadroviy qurilmalar materiallari bilan o'zaro ta'sirini o'rganishgacha keskin o'zgarib ketdi. Aslida bu plazma devori (PWI) va plazma materiallarining o'zaro ta'sirini (PMI) o'rganishga bag'ishlangan birinchi toroidal termoyadroviy moslama bo'ladi.

Centre d'Etudes Nucléaires (1972–1982)

HIDRA aslida Frantsiyaning Grenobl shahridagi Nucléaires markazida 1972 yilda boshqa mashina sifatida ish boshlagan. O'sha paytda u 1972 yildan 1975 yilgacha qurilmani qurish bilan WEGA deb nomlangan. WEGA CEA Grenoble bilan qo'shma loyihadir. Germaniyada Maks-Plank-Institut für Plasmaphysik chastotali isitishni o'rganish va gibrid isitishni kamaytirish. Ikkita tokamak va yulduzcha qurilgan uchta vakuumli idish bor edi. 1976 yilda stellarator kemasini o'rnatish rejalariga qaramay (spiral spiral izolyatsiyasida ta'mirlash kerak edi) WEGA asosan 1975 yildan 1982 yilgacha tokamak sifatida ishlagan. Elektron va ion haroratiga erishildi, T_e = 600 - 900 eV va, T_men = 150 - 250 ev. Zichligi n_e = 1.6×10¹⁹ m⁻³ plazma oqimi bilan Men_P = 45 - 60 kA va isitish quvvati, P_oh = 100 - 130 kVt va, P_RF = 100 kVt. Pulsning odatiy davomiyligi quyidagicha edi Δt = 5 - 15 ms va energiyani cheklash vaqti, τ_E = 3-5 ms.

Institut für Plasmaforschung (1982–2000)

WEGA stellaratori IPF Shtutgartda yig'ilmoqda. (Surat: IPP Greifsvaldning izni bilan)

1982 yilda WEGA Grenobldan Germaniyaning Shtutgart universitetiga ko'chib o'tdi. Afsuski, Shtutgartda WEGA ko'p ishlatilmagandek tuyuladi. Bu vaqtdan juda ko'p ma'lumot yo'q va bu 18 yillik davrdan qanday natijalar chiqqanini ko'rish juda qiyin. Muammolar etarli isitish quvvati va sovutishning etishmasligi kabi ko'rinadi. Shu bilan birga, IPF stellarator vakuumli idishni o'rnatdi va ba'zi birinchi magnit oqim sirt o'lchovlari bajarildi.

Maks-Plank-Institut für Plasmaphysik (2001–2013)

2000 yildan 2001 yilgacha WEGA Shtutgartdan Greifsvaldga ko'chib o'tdi. Ushbu bosqichda Sharqiy Germaniyaning sobiq shahrida mintaqada iqtisodiy, ilmiy va ta'limning o'sishini rag'batlantirish uchun yangi institut qurildi. MPIPP Greifsvald yangi modulli stellaratorni joylashtirish uchun tayinlangan W7-X. W7-X qurilayotganda WEGA W7-X uchun diagnostika, isitish va boshqarish ishlarining katta qismi sinovdan o'tkaziladigan va takomillashtiriladigan mashina bo'lib keltirildi. Bundan tashqari, termoyadroviy va plazma bo'yicha olimlar va muhandislarni tayyorlash va o'qitishning qimmatli vositasi bo'ldi. Darhaqiqat, bu ism bir xil bo'lsa-da, WEGA qisqartmasi "Greifsvalddagi furs Ausbildungdagi Wendelstein eksperimenti" ga o'zgartirildi.

WEGA magnit lentalari tizimlari barqaror ishlashga imkon beradigan transformator va rektifikator to'plamlari orqali ishlaydilar. Bu odatda impulsli toroidal termoyadroviy qurilmalar orasida WEGA-ni noyob holga keltirdi va faqat LHD va W7-X kabi kattaroq qurilmalar bunday barqaror holatga ega. WEGA-ning ba'zi yutuqlari orasida OXB isitish sxemasi ishlab chiqilgan bo'lib, bu plazmadagi elektronlar uchun kesilgan zichlikdan yuqori ECRH isitish imkonini beradi. Bu zichlikni deyarli 100 baravar yuqori bo'lishiga imkon berdi. W7-X boshqaruv tizimi WEGA-da sinovdan o'tkazildi, bu plazma parametrlarini o'lchash va mashinani boshqarishning real vaqt qobiliyatini namoyish etdi. Yulduzli bo'lishiga qaramay, plazma tokini plazmani mikroto'lqinli isitish orqali boshqarish mumkinligi namoyish etildi.

2013 yilda so'nggi tajribalar o'tkazildi va W7A operatsiyalari kuchayib borishi bilan WEGA asta-sekin bekor qilindi. WEGA bekor qilinadi yoki tegishli tadqiqot guruhi topilsa xayriya qilinadi.

Plazma materiallari bilan ta'sir o'tkazish markazi (2014 yildan hozirgacha)

HIDRA Illinoys shtatidagi Urbana-Shampan universitetida yig'ilmoqda. (Surat: Daniel Andruczyk)

2014 yilda boshlangan W7-X operatsiyalari bilan WEGA va uning energiya tizimlari egallagan maydon Tompson tarqalishi tizimi va kriyogen pellet quyish tizimi uchun juda zarur bo'lgan ko'chmas mulkni egallab oldi. 2013 yilgi SOFE konferentsiyasi paytida, WEGA bo'yicha sobiq post-hujjat Daniel Andruczyk ba'zi sobiq hamkasblari bilan uchrashdi va Illinoys universiteti potentsial ravishda WEGA-ni AQShga olib borishi mumkinligi haqida gapirdi. Plazmadagi materiallar bilan ishlash markazi direktori Devid Ruzich, Universitet va IPP o'rtasida bir yil davom etgan muzokaralardan so'ng, mablag 'uni amalga oshirish uchun ta'minlandi. Andruczyk WEGA-ni demontaj qilish va Illinoys shtatidagi Urbana-Shampan kampusiga etkazib berish loyihasiga rahbarlik qilgan. Kelgandan so'ng, Mashina tadqiqot va dasturlar uchun Gibrid Illinoys qurilmasi deb o'zgartirildi. Gibrid qismi shundaki, u nafaqat yulduzlar uchun, balki tokamak qobiliyatiga ham ega.

Qurilmani Germaniyada demontaj qilish uchun 2014 yilning kuzida deyarli 8 hafta vaqt sarflandi va oktyabr oyida Rhenus tomonidan AQShga jo'natildi va jo'natildi. 4-noyabrning boshiga kelib, termoyadroviy moslamasining konteynerlari plazma materiallari bilan o'zaro aloqalar markazidagi Illinoys Universitetiga yassi yotoqli yuk mashinalari orqali etib keldi. Laboratoriya xodimlaridan tashqari, universitetlar Ob'ektlar va xizmatlar bo'limi yukni tushirish, ko'chib o'tish va katta qismlarning ko'p qismini yig'ishda yordam berishda katta ishtirok etdi. Qurilish avval vintli va toroidal magnit sariqlarning harakatlanishi uchun transformatorlar va rektifikatorlar bilan jiddiy boshlandi. Ular o'rnatilgandan so'ng, taglik olib kelindi va bo'yinturuqlar, markaziy stak, yarim tori va vertikal datchiklar keyingi o'n kun ichida o'rnatildi.

U erdan boshqa hamma narsalarni yig'ish va bog'lash uchun yana 18 oy davom etdi. Sariqlarni ishlatish uchun zarur bo'lgan 20 kV kuchlanishli transformator Cooper elektronikasi tomonidan ishlab chiqarilgan va hammasini yoqish uchun mexanizm G&W tomonidan ta'minlangan. Qurilmaning maydonini shakllantirishga imkon beradigan rektifikatorlarni ishga tushirish uchun Quad-Plus olib kelindi. Shu vaqt ichida suvni sovutadigan idishlar olib kelindi va o'rnatildi va universitetlarning quvurlarni o'rnatuvchilari mashinaning sovutish tizimini qurdilar va suv nasosini o'rnatdilar. Boshqarish tizimi yuqori kurs talabalari va magistrantlari tomonidan yozilgan va LabView dasturi orqali mashinani bitta kompyuterdan boshqarishga imkon beradi. Bu, shuningdek, turli xil ma'lumotlarni yig'ish va diagnostika tizimlarini yoqish uchun zarur bo'lgan signal signallarini yuboradi.

Joriy holat

2016 yil aprel oyida HIDRA Yadro, plazma va radiologik muhandislik bo'limlari Ochiq eshiklar kunida birinchi plazmasiga, oddiy porlash plazmasiga tushdi. HIDRA jamoasi 100 ga yaqin mehmon va mehmonlar bilan biz o'rnatgan va ishlayotgan qurilmaning barcha ishlaydigan qismlarini va operatsiyalarni boshlashga qodirligini namoyish qila oldi.

iota = 1/3 magnit oqim sirtlari, orollarni ko'rsatmoqda. (Surat: Daniel Andruczyk)

Ma'lumotlarning birinchi to'plami mashinadagi magnit oqim chiziqlarining xarakteristikasi edi. Magnit maydon shakli va shu bilan plazma shakli qanday bo'lishini ko'rish uchun dastlab W7A uchun WEGA-da ishlab chiqilgan ichki elektron nur va lyuminestsent tayoq usuli ishlatilgan. Vakuum idishning kichik radiusi bo'ylab nur skanerdan o'tkazilishi kerak edi va novda tomir orqali siljiydi. Elektron naycha tayoqchani urgan har qanday joyda u yonadi. oqim sirtlarini tasvirlash va ularni nurlarni aniqlash kodi bilan taqqoslash uchun plazmaning to'g'riligini va mavjud bo'lgan xato maydonlarini ko'rish uchun sezgir astronomik kamera ishlatilgan. Elektron nurlarning o'zlarini ko'rish uchun ba'zi gazlar ham qon ketishi mumkin.

Magnetron plazmalar

HIDRA-da birinchi plazma. Bu geliy bilan gaz kabi. (Surat: Daniel Andruczyk)