Пеннинговский источник ионов в системах инерциального электростатического удержания плазмы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Изучены характеристики пеннинговских источников ионов (ПИИ) применительно к их использованию в системе инерциального электростатического удержания плазмы (ИЭУП) на базе двухэлектродной сферической камеры. В камере ИЭУП при ее заполнении дейтерием за счет многократных осцилляций ионных пучков через газоплазменную мишень внутри центрального электрода реализуется пучково-мишенный механизм генерации нейтронного излучения. В данной статье на основе метода расчета выхода нейтронов систем ИЭУП сформулированы требования к ПИИ для обеспечения выхода нейтронов с энергией 2.5 МэВ в диапазоне 106–107 нейтр./с. Проведено расчетно-экспериментальное изучение режимов горения разряда в ПИИ в зависимости от конфигурации внешнего магнитного поля, а также сравнение токов в ПИИ и вытягиваемых токов на центральный электрод камеры ИЭУП в диапазоне давлений от 0.1 до 10 мТорр. Обосновано оптимальное количество ПИИ в рассматриваемой сферической камере ИЭУП.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. А. Прокуратов

Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова

Автор, ответственный за переписку.
Email: akdulatov@vniia.ru
Россия, 127030, Москва, ул. Сущевская, 22

Ю. В. Михайлов

Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова

Email: akdulatov@vniia.ru
Россия, 127030, Москва, ул. Сущевская, 22

Б. Д. Лемешко

Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова

Email: akdulatov@vniia.ru
Россия, 127030, Москва, ул. Сущевская, 22

И. В. Ильичев

Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова

Email: akdulatov@vniia.ru
Россия, 127030, Москва, ул. Сущевская, 22

Т. А. Григорьев

Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова

Email: akdulatov@vniia.ru
Россия, 127030, Москва, ул. Сущевская, 22

А. К. Дулатов

Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова

Email: akdulatov@vniia.ru
Россия, 127030, Москва, ул. Сущевская, 22

Д. И. Юрков

Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова

Email: akdulatov@vniia.ru
Россия, 127030, Москва, ул. Сущевская, 22

Список литературы

  1. Rasmussen J., Jensen T., Korsholm S.B., Kihm N.E., Ohms F.K., Gockenbach M., Schmidt B.S., Goss E. // Phys. Plasmas. 2020. V. 27. P. 083515. https://doi.org/10.1063/5.0013013
  2. Kumar Sharma S., Vinayak Tewari S., Waghmare N., Jagannadha Raju S.D.V.S., Divakar Rao K., Sharma A. // Ann. Nuclear Energy. 2021. V. 159. P. 108358. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2021.108358
  3. Tomiyasu K., Yokoyama K., Yamauchi K., Watanabe M., Okino A., Hotta E. // Fusion Science and Technology. 2017. V. 56. P. 967. https://doi.org/10.13182/FST09-A9035
  4. Sved J. // AIP Conference Proceedings. 1999. V. 475. P. 704. https://doi.org/10.1063/1.59215
  5. Miley G.H., Wu L., Kim H.J. // J. Radioanalyt. Nuclear Chemistry. 2005. V. 263. № 1. P. 159. https://doi.org/10.1007/s10967-005-0031-3
  6. Takakura K., Sako T., Miyadera H., Yoshioka K., Karino Y., Nakayama K., Sugita T., Uematsu D., Okutomo K., Hasegawa J., Kohno T., Hotta E. // Plasm. Fusin Research. 2018. V. 13. P. 2406075. https://doi.org/10.1585/pfr.13.2406075
  7. Lang R.F., Pienaar J., Hogenbirk E., Masson D., Nolte R., Zimbal A., Röttger S., Benabderrahmane M.L., Bruno G. // Nuclear Instrum. Methods Phys. Resear. Section A: Accelerators, Spectrometers, Detect. Associated Equipment. 2018. V. 879. P. 31. https://doi.org/10.1016/j.nima.2017.10.001
  8. Miley G.H., Murali S.K. Inertial Electrostatic Confinement (IEC) Fusion Fundamentals and Applications. New York, Heidelberg, Dordrecht, London: Springer, 2014. P. 261. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-9338-9
  9. Прокуратов И.А., Лемешко Б.Д., Михайлов Ю.В., Дулатов А.К. // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Термоядерный синтез. 2022. Т. 45. Вып. 1. https://doi.org/10.21517/0202-3822-2022-45-1-108-118
  10. Сагдеева Ю.А., Копысов С.П., Новиков А.К. Введение в метод конечных элементов: метод. пособие. Ижевск: Изд-во “Удмуртский университет”, 2011.
  11. Рейхрудель Э.М., Смирницкая Г.В., Мавлянов А.Н. // Вестник Московского Университета. 1969. № 6. С. 46.
  12. Hirsch R.L. // Journal of Applied Physics. 1967. V. 38. P. 4522. https://doi.org/10.1063/1.1709162
  13. Michalak M.K., Eagle B.J., Kulcinski G.L., Santarius J.F. Six Ion Gun Fusion Experiment (SIGFE) Findings and Future Work. // 13th US-Japan IEC Workshop. Sydney: NSW, 2011.
  14. Мамедов Н.В., Прохорович Д,Е., Юрков Д.И., Каньшин И.А., Солодовников А.А., Колодко Д.В., Сорокин И.А. // ПТЭ. 2018. № 4. С. 62. https://doi.org/10.1134/S0032816218030242

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. а) Конструкция и устройство ПИИ: 1 – патрубок для откачки (запаянный), 2 – катод, 3 – корпус, 4 – магниты, 5 – анод, 6 – антикатод. б) Принципиальная схема стенда с камерой ИЭУП: I – манометр, II – вакуумный патрубок, III – анод (корпус камеры), IV – катод (центральный электрод), V – смотровое окно, VI – натекатель (подача газа), VII – шиберный вакуумный затвор, VIII – откачной вакуумный пост, IX – ПИИ, X – балластное сопротивление, XI – источник ускоряющего напряжения (до –25 кВ), XII – источник напряжения питания ПИИ (до 3 кВ).

Скачать (129KB)
Метаданные
3. Рис. 2. а) Конструкция камеры ИЭУП: 1 – анод (корпус камеры ИЭУП), 2 – сетчатый катод, 3, 4 – смотровые окна, 5 – высоковольтный ввод камеры ИЭУП, 6 – ПИИ, 7 – магниты. б) Конструкция сетчатого катода.

Скачать (160KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Параметры камеры ИЭУП: а – зависимости нормированного среднего количества ионов от количества их пролетов через сетчатый катод для используемой конструкции катода и катодов с известными прозрачностями η, б – распределение потенциала в камере ИЭУП.

Скачать (207KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость вытягиваемого из ПИИ тока от давления дейтерия в камере ИЭУП.

Скачать (81KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Распределение индукции магнитного поля системы из трех магнитных колец: а – измеренное с помощью тесламетра, б – расчет без учета конструктивных элементов ПИИ, в – расчет с учетом конструктивных элементов ПИИ.

Скачать (517KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Расчет конфигурации магнитного поля в ПИИ для разного количества внешних магнитов.

Скачать (217KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимость тока IПИИ от напряжения питания UПИИ для различных давлений дейтерия в камере ИЭУП.

Скачать (288KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимости токов в ПИИ от давления в камере ИЭУП при различном количестве магнитов на ПИИ (UПИИ = 1.7 кВ).

Скачать (233KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Характерный вид свечения разряда в дейтерии в камере ИЭУП при работе ПИИ: 1 – ПИИ, 2 – сетчатый катод, 3 – смотровое окно.

Скачать (414KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Зависимости вытягиваемого из ПИИ тока от давления газа в камере ИЭУП при различном количестве магнитов на ПИИ (UПИИ = 1.7 кВ).

Скачать (226KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Расчетные зависимости токов разряда от давления дейтерия I(p) для разного числа ПИИ (от одного до восьми снизу вверх; штриховые линия – кофигурация из трех магнитов на ПИИ, сплошные линии – из четырех) и для разных значений нейтронного выхода (двойные линии).

Скачать (299KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024