Пеннинговский источник ионов в системах инерциального электростатического удержания плазмы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт 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