Оптимизация дивертора ТРТ на основе моделирования кодом SOLPS-ITER

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

На основе моделирования анализируются возможные режимы работы дивертора и параметры пристеночной плазмы проектируемого токамака ТРТ. Показано, что при мощности на сепаратрисе 18 МВт, соответствующей приблизительно вдвое большей вложенной мощности, можно обеспечить низкую плотность потока тепла на пластины дивертора 5МВт/м2 при концентрации электронов на сепаратрисе менее 7 × 1019 м–3 и эффективном заряде менее 2, что является реалистичным сценарием для этой установки. В случае повышения мощности на сепаратрисе возможен режим работы с более высокой тепловой нагрузкой на пластины дивертора, все еще остающейся в технологических пределах. Моделирование также показывает желательность увеличения расстояния между сепаратрисой и элементами камеры и преимущество работы с угловой конфигурацией внешнего дивертора по сравнению с “итероподобной”.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

П. А. Молчанов

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого; Частное учреждение “ИТЭР-Центр”

Email: E.Kaveeva@spbstu.ru
Россия, Санкт-Петербург; Москва

П. С. Кудреватых

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого; Частное учреждение “ИТЭР-Центр”

Email: E.Kaveeva@spbstu.ru
Россия, Санкт-Петербург; Москва

Н. В. Штырхунов

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого; Частное учреждение “ИТЭР-Центр”

Email: E.Kaveeva@spbstu.ru
Россия, Санкт-Петербург; Москва

Е. Г. Кавеева

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого; Частное учреждение “ИТЭР-Центр”

Автор, ответственный за переписку.
Email: E.Kaveeva@spbstu.ru
Россия, Санкт-Петербург; Москва

В. А. Рожанский

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого; Частное учреждение “ИТЭР-Центр”

Email: E.Kaveeva@spbstu.ru
Россия, Санкт-Петербург; Москва

И. Ю. Сениченков

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого; Частное учреждение “ИТЭР-Центр”

Email: E.Kaveeva@spbstu.ru
Россия, Санкт-Петербург; Москва

Список литературы

  1. Kukushkin A.S., Pshenov A.A. // Plasma Phys. Rep. 2021. V. 47. P. 1238.
  2. Kaveeva E., Rozhansky V., Veselova I., Senichenkov I., Giroud C., Pitts R., Wiesen S., Voskoboynikov S. // Nuclear Materials Energy. 2021. V. 28. P. 101030.
  3. Yu Y., Zhou D., Sakamoto M., Cao B., Zuo G., Hu J. // Nuclear Materials Energy. 2023. V. 34. P. 101333.
  4. Pitts R.A., Bonnin X., Escourbiac F., Frerichs H., Gunn J.P., Hirai T., Kukushkin A.S., Kaveeva E., Miller M.A., Moulton D., Rozhansky V., Senichenkov I., Sytova E., Schmitz O., Stangeby P.C. // Nucl. Mater. Energy. 2019. V. 20. P. 100696.
  5. Krasilnikov A.V., Konovalov S.V., Bondarchuk E.N., Mazul I.V., Rodin I.Yu., Mineev A.B., Kuzmin E.G., Kavin A.A., Karpov D.A., Leonov V.M., Khayrutdinov R.R., Kukushkin A.S., Portnov D.V., Ivanov A.A., Belchenko Yu.I. // Plasma Phys. Rep. 2021. V. 47. P. 1092.
  6. Mazul I.V., Giniyatulinv R.N., Kavin A.A., Litunovskii N.V., Makhankov A.N., Piskarev P.Yu., Tanchuk V. N. // Plasma Phys. Rep. 2021. V. 47. P. 1220.
  7. Пискарев П.Ю., Мазуль И.В., Маханьков А.Н., Колесник М.С., Окунева Е.В., Литуновский Н.В. // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2024. Т. 47. С. 41.
  8. Bonnin X., Dekeyser W., Pitts R., Coster D., Voskoboynikov S., Wiesen S. // Plasma Fusion Res. 2016. V. 11. P. 1403102.
  9. Eich T., Goldston R.J., Kallenbach A., Sieglin B., Sun H.J., ASDEX Upgrade Team and JET Contributors // Nuclear Fusion. 2018. V. 58. P. 034001.
  10. Xu G.S., Wang L., Yao D.M., Jia G.Z., C.F. Sang, Liu X.J., Chen Y.P., Si H., Yang Z.S., Guo H.Y., Du H.L., Luo Z.P. et al.// Nuclear Fusion. 2021. V. 61. P. 126070.
  11. Pan O., Bernert M., Lunt T., Cavedon M., Kurzan B., Wiesen S., Wischmeier M., Stroth U. and the ASDEX Upgrade Team // Nuclear Fusion. 2023. V. 63. P. 016001.
  12. Senichenkov I.Yu., Poletaeva A.G., Kaveeva E.G., Veselova I.Yu., Rozhansky V.A., Coster D., Bonnin X., Pitts R.A. // Nuclear Materials and Energy. 2023. V. 34. P. 101361.
  13. Senichenkov I.Yu. Ding R., Molchanov P.A., Kaveeva E.G., Rozhansky V.A., Voskoboynikov S.P., Shtyrkhunov N.V., Makarov S.O., Si H., Liu X., Sang C., Mao S.and CFETR Team// Nuclear Fusion. 2022. V. 62. P. 096010.
  14. Sun H.J., Silburn S.A., Carvalho I.S., King D.B., Giroud C., Fishpool G., Matthews G.F., Henriques R.B., Keeling D.L., Rimini F.G. et al. // Nuclear Fusion. 2023. V. 63. P. 016021.
  15. Giraud C., Pitts R.A., Kaveeva E., Rozhansky V., Brezinsek S., Huber A., Mailloux J., Marin M., Tomes M., Veselova I., Hillesheim J. // 48th EPS Confer. on Plasma Physics and Controlled Fusion, Amsterdam 27.06–01.07.2022. https://indico.fusenet.eu/event/28/contributions/500/
  16. Ambrosino R. // Fusion Engineering and Design. 2021. V. 167. P. 112330.
  17. Rodriguez-Fernandez P., Creely A.J., Greenwald M.J., Brunner D., Ballinger S.B., Chrobak C.P., Garnier D.T., Granetz R., Hartwig Z.S., Howard N.T. et al. // Nuclear Fusion. 2022. V. 62. P. 042003.
  18. Potzel S., Wischmeier M., Bernert M., Dux R., Reimold F., Scarabosio A., Brezinsek S., Clever M., Huber A., Meigs A., Stamp M. // Journal of Nuclear Materials. 2015. V. 463. P. 541–545.
  19. Loarte A. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2001. V. 43. P. R183.
  20. Rozhansky V., Kaveeva E., Senichenkov I., Sytova E., Veselova I., Voskoboynikov S., Coster D. // Contrib. Plasma Phys. 2018. V. 58. P. 540.
  21. McCormick K., Dux R., Fischer R., Scarabosio A., the ASDEX Upgrade Team. // Journal of Nuclear Materials. 2009. V. 390–391. P. S465.
  22. Bernert M., Janky F., Sieglin B., Kallenbach A., Lipschultz B., Reimold F., Wischmeier M., Cavedon M., David P., Dunne M.G. et al. // Nuclear Fusion. 2021. V. 61. P. 024001.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Иллюстрация оптимизации камеры и магнитного равновесия для проекта токамака ТРТ: первая конфигурация для расчета 2022 г., ширина SOL RSOL = 1.8 см (а); промежуточная конфигурация с измененными баффлами, верхней частью камеры и равновесием, RSOL = 3.6 см (б); выбор оптимальной магнитной конфигурации, RSOL = 3.6, 4.6, 5.0 см (в); финальная конфигурация для расчета, RSOL = 5.0 см (г).

Скачать (54KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Профили параметров плазмы у внешней нижней пластины дивертора для разных RSOL: температура ионов, Ti (а); температура электронов, Te (б), плотность потока энергии, qtot (в); плотность электронов, ne (г).

Скачать (46KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Элементы первой стенки и камеры для проекта токамака ТРТ с сеткой для численного кода SOLPS-ITER (а). Оранжевым цветом изображена сетка EIRENE, фиолетовым — B2.5, светло-зеленым — поверхность напуска, голубым — поверхность откачки. Коэффициенты аномального переноса: диффузии D, теплопроводности ионов χi и теплопроводности электронов χe (б).

Скачать (40KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Параметры плазмы на внешнем обводе с различными напусками рабочего газа и примеси: плотность электронов ni (а), температура ионов и электронов (б), плотность неона, nNe (в), эффективный заряд, Zeff (г).

Скачать (45KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Параметры плазмы у внешнего дивертора с различными напусками рабочего газа и примеси: температура ионов, Ti (а); температура электронов, Te (б), плотность потока энергии, qtot (в); плотность электронов, ne (г).

Скачать (47KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Конструкция углового дивертора токамака EAST [3].

Скачать (20KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Расчетная сетка для кода SOLPS-ITER в вариантах моделирования углового дивертора.: исходная геометрия пластин проекта ТРТ 2023 (вариант 1, default) (а), внешний угловой дивертор (вариант 2, corner outer) (б); внутренний и внешний угловой (с положением сепаратрисы на вертикальных пластинах) (вариант 3, corner vertical) (в); внутренний и внешний угловой (с положением сепаратрисы в углах) (вариант 4, corner) (г). Оранжевым цветом изображена сетка EIRENE, фиолетовым — B2.5.

Скачать (40KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Увеличенная расчетная сетка для кода SOLPS-ITER в вариантах моделирования углового дивертора с разным положением точки пересечения сепаратрисы с пластинами дивертора: верхняя пластина (вариант 3, corner vertical) (а); угол между пластинами (вариант 4, corner) (б).

Скачать (40KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Параметры плазмы на внешнем обводе с различными напусками рабочего газа и примеси: плотность электронов (а), температура ионов и электронов (б), плотность неона (в), эффективный заряд (г).

Скачать (47KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Параметры плазмы на внутреннем обводе с различными напусками рабочего газа и примеси: плотность электронов(а), температура ионов и электронов (б), плотность неона (в), эффективный заряд (г).

Скачать (43KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Профили параметров плазмы у внешней пластины для различных конфигураций дивертора: температура ионов, Ti (а); температура электронов, Te (б), плотность потока энергии, qtot (в); плотность электронов, ne (г).

Скачать (45KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Профили параметров плазмы у внутренней пластины для различных конфигураций дивертора: температура ионов, Ti (а); температура электронов, Te (б), плотность потока энергии, qtot (в); плотность электронов, ne (г).

Скачать (43KB)
Метаданные
14. Рис. 13. Двумерные профили концентрации электронов по сечению токамака для различных конфигураций дивертора: вариант 1 (а), вариант 2 (б), вариант 3 (в), вариант 4 (г).

Скачать (40KB)
Метаданные
15. Рис. 14. Двумерные профили температуры ионов у пластин дивертора для различных конфигураций дивертора: вариант 1 (а), вариант 2 (б), вариант 3 (в), вариант 4 (г).

Скачать (40KB)
Метаданные
16. Рис. 15. Двумерные профили излучения примеси неона в диверторной области для различных конфигураций дивертора: вариант 1 (а), вариант 2 (б), вариант 3 (в), вариант 4 (г).

Скачать (20KB)
Метаданные
17. Рис. 16. Двумерные профили источника ионизации для ионов дейтерия в диверторной области для различных конфигураций дивертора: вариант 1 (а), вариант 2 (б), вариант 3 (в), вариант 4 (г).

Скачать (19KB)
Метаданные
18. Рис. 17. Давление нейтрального дейтерия (атомы+молекулы) в диверторной области: вариант 1 (а), вариант 2 (б), вариант 3 (в), вариант 4 (г).

Скачать (21KB)
Метаданные
19. Рис. 18. Положение сепаратрисы на внешнем диверторе: точка пересечения сепаратрисы находится на нижней пластине (а); точка пересечения сепаратрисы находится на верхней пластине (б); точка пересечения сепаратрисы находится в углу пересечения пластин (в).

Скачать (37KB)
Метаданные
20. Рис. 19. Параметры плазмы на внешнем обводе с различными напусками рабочего газа и примеси: плотность электронов(а), температура ионов и электронов (б), плотность неона (в), эффективный заряд (г).

Скачать (43KB)
Метаданные
21. Рис. 20. Параметры плазмы на внутреннем обводе с различными напусками рабочего газа и примеси: плотность электронов(а), температура ионов и электронов (б), плотность неона (в), эффективный заряд (г).

Скачать (41KB)
Метаданные
22. Рис. 21. Профили параметров плазмы у внешней пластины для различных положений сепаратрисы во внешнем диверторе.

Скачать (44KB)
Метаданные
23. Рис. 22. Профили параметров плазмы у внутренней пластины для различных положений сепаратрисы во внешнем диверторе.

Скачать (44KB)
Метаданные
24. Рис. 23. Двумерные профили концентрации электронов по сечению токамака для различных положений сепаратрисы: точка пересечения сепаратрисы на нижней внешней пластине (горизонт.) (а), точка пересечения сепаратрисы на верхней внешней пластине (верт.) (б), точка пересечения сепаратрисы точно в углу между внешними пластинами (угл.) (в).

Скачать (45KB)
Метаданные
25. Рис. 24. Двумерные профили температуры электронов у пластин дивертора для конфигураций дивертора, соответствующих рис. 23.

Скачать (26KB)
Метаданные
26. Рис. 25. Двумерные профили излучения примеси неона в диверторной области для конфигураций дивертора, соответствующих рис. 23.

Скачать (24KB)
Метаданные
27. Рис. 26. Двумерные профили источника ионизации для ионов дейтерия в диверторной области для конфигураций дивертора, соответствующих рис. 23.

Скачать (25KB)
Метаданные
28. Рис. 27. Давление нейтрального дейтерия (атомы+молекулы) в диверторной области для конфигураций рис. 23.

Скачать (19KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024