Гибридтік Иллинойс құрылғысы зерттеулер мен қосымшаларға арналған - Hybrid Illinois Device for Research and Applications

HIDRA
Гибридтік Иллинойс құрылғысы зерттеулер мен қосымшаларға арналған
	Иллинойс Университетіндегі HIDRA құрылғысы - Урбан-Шампейн. (Фото: Даниэль Андручик)
Құрылғы түрі	Stellarator, Токамак
Орналасқан жері	Урбана, Иллинойс, АҚШ
Қосылу	Урбанадағы Иллинойс университеті - Шампейн
Техникалық сипаттамалары
Майор Радиус	0,72 м (2 фут 4 дюйм)
Кіші радиус	0,19 м (7,5 дюйм)
Магнит өрісі	<0,5 Т (5000 Г)
Жылыту қуаты	26 кВт (2,45 ГГц магнетрон, омдық қыздыру)
Тарих
Пайдалану жылы (жылдары)	1972 - 1982 (WEGA ретінде, Гренобль ); 1982 - 2000 (WEGA ретінде, Штутгарт ); 2001 - 2013 (WEGA ретінде, Грейфсвальд ); 2014 - қазіргі уақыт (HIDRA ретінде, Урбана, Иллинойс );

HIDRA 2014 жылдың желтоқсанындағы жағдай бойынша жиналуда. (Фото: Даниэль Андручик)

The Гибридтік Иллинойс құрылғысы зерттеулер мен қосымшаларға арналған (HIDRA) - қазіргі уақытта тороидтық магниттік синтездеу құрылғысы Плазма материалдарының өзара әрекеттесу орталығы ішінде Ядролық, плазмалық және радиологиялық инженерия бөлімі кезінде Урбанадағы Иллинойс университеті - Шампейн, АҚШ. HIDRA алғашқы плазмасымен 2015 жылдың қыркүйек айының ортасына дейін болады және сол жылдың желтоқсанына дейін толық эксперименттік науқандарды бастайды деп күтілуде. HIDRA - бұрынғы WEGA 2001-2013 жылдар аралығында Германияның Грейфсвальд қаласындағы Мак-Планк Фюр Плазмафсиык Институтында жұмыс істеген классикалық жұлдыздар.

HIDRA-ның ерекше аспектісі - ол тек жұлдыздар ретінде ғана емес, токамак ретінде де жұмыс істей алады, демек гибридті белгілеу. Іс жүзінде екі режимді қатар жұмыс істеуге мүмкіндік беру керек. Болашақта 60 минутқа дейін үздіксіз 30 минуттық плазманы пайдалану жоспарланған және плазма мен балқыту құрылғысының вакуумдық ыдысының ішіндегі материалдар арасындағы күрделі байланысты түсінуге шоғырландырылады.

Тарих

HIDRA - бұл әлемдегі ең жақсы саяхатталған құрылғылар. Францияда басталғаннан бастап ол 3 елде және 4 қалада жұмыс істеді. Құрылғының зерттеу мақсаттары бірнеше жыл ішінде толқынды қыздыру зерттеулерінен, әлемдегі ең күрделі термоядролық қондырғылардың сынақ алаңына айналуға және қазір плазмалардың ішкі қабырғаларымен және термоядролық құрылғылардың материалдарымен өзара әрекеттесуін зерттеуге дейін түбегейлі өзгерді. Іс жүзінде бұл плазмалық қабырғаны (PWI) және плазмалық материалдардың өзара әрекеттесуін (PMI) зерттеуге арналған бірінші тороидты синтезге қатысты құрылғы болады.

Этюд орталығы (1972–1982)

HIDRA, шын мәнінде, Франциядағы Гренобльдегі Нуклеерлер орталығындағы Этюддер орталығында 1972 жылы басқа машина ретінде жұмыс істей бастады. Ол кезде бұл құрылғы 1972-1975 жылдар аралығында WEGA деп аталды. WEGA CEA Grenoble мен бірлескен жоба болды. Германиядағы Max-Planck-Institut für Plasmaphysik РЖ жылыту және гибридті қыздыруды зерттеу. Үш вакуум ыдысы салынды, екеуі токамак және стелларатор. 1976 жылы стелларатор ыдысын орнату жоспарына қарамастан WEGA 1975-1982 жылдары токамак ретінде жұмыс істеді (спираль тәрізді катушканы оқшаулауды жөндеу қажет болды). Электрондық және иондық температураларға қол жеткізілді, Т_e = 600 - 900 эВ және, Т_мен = 150 - 250 эВ. Тығыздығы n_e = 1.6×10¹⁹ м⁻³ плазмалық токпен Мен_P = 45 - 60 кА және жылу қуаты, P_ом = 100 - 130 кВт және, P_РФ = 100 кВт. Импульстің әдеттегі ұзақтығы: Δt = 5 - 15 мс және энергияны шектеу уақыты, τ_E = 3 - 5 мс.

Institut für Plasmaforschung (1982–2000)

WEGA жұлдызшасы IPF Штутгартта құрастырылып жатыр. (Сурет: IPP Грейфсвальдтың ілтипатымен)

1982 жылы WEGA Гренобльден Германиядағы Штутгарт университетіне көшті. Өкінішке орай, Штутгартта WEGA көп пайдаланылмаған сияқты. Осы уақыттан бастап көп ақпарат жоқ және осы 18 жылдық кезеңнен қандай нәтиже шыққанын білу өте қиын. Мәселелер жылу қуаты мен салқындатудың жетіспеушілігі сияқты. Алайда IPF-де стелларатор вакуумдық ыдысы орнатылып, алғашқы магниттік ағынның беткі өлшемдері орындалды.

Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (2001–2013)

2000-2001 жылдар аралығында WEGA Штутгарттан Грейфсвальдқа көшті. Осы кезеңде бұрынғы Шығыс Германия қаласында аймақтағы экономикалық, ғылыми және білім берудің өсуін ынталандыру үшін жаңа институт салынды. MPIPP Greifswald мүлдем жаңа модульдік стеллараторды орналастыру үшін тағайындалған W7-X. W7-X салынып жатқан кезде WEGA W7-X диагностикасы, жылыту және бақылау жұмыстарының көп бөлігі тексерілетін және жетілдірілетін машинаға айналдырылды. Сондай-ақ, бұл фьюжн және плазма ғалымдары мен инженерлерінің болашақ ұрпағын оқыту мен оқытуда құнды құрал болды. Шын мәнінде, бұл атау бірдей болғанымен, WEGA-ның қысқартылуы «Грейфсвальдтағы фюр Аусбилдингтегі Вендельштейн тәжірибесі» болып өзгертілді, оқыту үшін Грейфсвальдтағы Вендельштейн тәжірибесі.

WEGA магниттік катушкалар жүйелері тұрақты күйде жұмыс істеуге мүмкіндік беретін трансформаторлар мен түзеткіш қондырғылар арқылы іске қосылды. Бұл WEGA-ны, әдетте, импульстелген тороидтық синтездеу құрылғыларының ішінде бірегей етті, ал LHD және W7-X сияқты үлкен құрылғыларда ғана осындай тұрақты күйге ие. WEGA-дағы кейбір жетістіктерге плазмадағы электрондар үшін кесілген тығыздықтан жоғары ECRH жылытуға мүмкіндік беретін OXB жылыту схемасын жасау кіреді. Бұл тығыздықтың 100 есе жоғары болуына мүмкіндік берді. W7-X басқару жүйесі WEGA-да плазма параметрлерін өлшеудің және машинаны басқарудың нақты уақыттағы мүмкіндігін көрсететін сынақтан өтті. Жұлдызшы болғанымен, плазмалық токты плазманы микротолқынды жылыту арқылы жүргізуге болатындығы дәлелденді.

2013 жылы W7-X операциялары күшейе бастаған кезде соңғы эксперименттер жасалды және WEGA баяу тоқтатылды. WEGA жойылатын болды немесе егер тиісті зерттеу тобы табылса.

Плазмалық материалдармен әрекеттесу орталығы (2014 ж. - қазіргі уақытқа дейін)

HIDRA Иллинойс Университетінде құрастырылады - Урбан-Шампан. (Фото: Даниэль Андручик)

2014 жылдан бастап W7-X операцияларымен WEGA және оның энергетикалық жүйелері алып жатқан кеңістік Томпсон шашырау жүйесі мен криогенді түйіршіктерді бүрку жүйесіне қажетті жылжымайтын мүлікті алып жатты. 2013 жылғы SOFE конференциясы кезінде WEGA-дағы бұрынғы пост-документа Даниэль Андручик кейбір бұрынғы әріптестерімен кездесті және Иллинойс университеті WEGA-ны АҚШ-қа апаруы мүмкін деген болжам жасалды. Плазмалық материалдардың өзара әрекеттесуі орталығының директоры Дэвид Рузич, Университет және IPP арасында бір жыл бойы жүргізілген келіссөздерден кейін қаражат оны жүзеге асыру үшін қамтамасыз етілді. Андручик WEGA-ны демонтаждау және Иллинойс штатындағы Урбана-Шампейн кампусына жеткізу жобасына жетекшілік етті. Келгеннен кейін машина ғылыми-зерттеу және қолдану үшін гибридтік Иллинойс құрылғысы деп аталды. Гибридті бөлігі - бұл тек жұлдыздар ғана емес, токамак мүмкіндіктеріне де ие.

Германияда құрылғыны бөлшектеуге 2014 жылдың күзінде шамамен 8 апта уақыт кетті және Ренус орап, қазан айында АҚШ-қа жөнелтті. 4 қарашаның басында плазмалық материалдармен әрекеттесу орталығындағы Иллинойс университетіне тегіс төсек-орын машинасымен жеткізілетін контейнерлер фьюжн-қондырғы жеткізілді. Зертханалық қызметкерлерден басқа, университеттердің объектілері мен қызметтері бөлімшесі жүктің түсуіне, жылжуына және үлкенірек компоненттерінің көп бөлігін жинауға көмектесті. Алдымен бұрандалы және тороидальды магниттік катушкаларға арналған трансформаторлар мен түзеткіштерден бастап құрылыс басталды. Бұлар орнатылғаннан кейін негіз әкелініп, қамыттар, ортаңғы стек, жарты тори және тік өрістер катушкалары келесі он күн ішінде орнатылды.

Ол жерден бәрін жинап, ілуге тағы 18 ай уақыт кетті. Катушкаларды басқаруға қажетті 20 кВ трансформаторды Cooper электроникасы жасаған және оның барлығын қосатын коммутациялық механизм G&W арқылы жеткізілген. Quad-Plus құрылғының өрісін қалыптастыруға мүмкіндік беретін түзеткіштерді іске қосу үшін әкелінді. Осы уақытта суды салқындататын цистерналар әкелінді және орнатылды, университеттердің құбыр монтаждаушылары машинаның салқындату жүйесін құрды және су сорғысын орнатты. Басқару жүйесін жоғары курс студенттері мен магистранттары жазған және машинаны LabView бағдарламасы арқылы бір компьютерден басқаруға мүмкіндік береді. Бұл сонымен қатар әртүрлі деректерді жинау және диагностикалық жүйелер үшін қажет сигналдарды жібереді.

Ағымдағы күй

2016 жылдың сәуірінде HIDRA ядролық, плазмалық және радиологиялық инженерлік бөлімдердің ашық есік күні кезінде алғашқы плазмалық жалындық плазмалық разрядқа ие болды. 100-ге жуық мәртебелі меймандар мен қонақтармен бірге кафедра меңгерушісі және инженерлік-техникалық факультеттің деканы HIDRA тобы біз орнатқан және жұмыс істеп тұрған құрылғының барлық жұмыс компоненттерін және операцияларды бастауға болатындығын көрсете алды.

иота = аралдарды көрсететін магнит ағынының 1/3 бөлігі. (Фото: Даниэль Андручик)

Мәліметтердің алғашқы жиынтығы машинадағы магниттік ағын сызықтарының сипаттамасы болды. Магнит өрісінің және, демек, плазмалық пішіннің қандай болатынын білу үшін WEGA-да W7-X үшін жасалған электронды сәуле және флуоресценттік штанг әдісі қолданылды. Сәуле вакуумдық ыдыстың кіші радиусы бойынша сканерленіп, таяқша ыдыс бойымен өтіп кетеді. Кез-келген жерде электронды сәуле таяқшаға соғылса, ол жанады. ағынды беттерді кескіндеу және оларды сәуле іздеу кодымен салыстыру үшін плазманың дұрыстығын және кез келген қателік өрістерін көру үшін сезімтал астрономиялық камера пайдаланылды. Электронды сәулелерді көру үшін кейбір газдар қанға түсуі мүмкін.

Магнетрон плазмасы

HIDRA-дағы алғашқы плазма. Бұл гелиймен бірге газ. (Фото: Даниэль Андручик)