Завершены приемо-сдаточные испытания нового гиротрона для установки ST40 компании Tokamak Energy

Компания Tokamak Energy 29 июля сообщила, что новый гиротрон, предназначенный для ее высокопольной сферической токамачной установки ST40, успешно прошел приемо-сдаточные испытания на площадке. Данное устройство, являющееся ключевым компонентом системы радиочастотного нагрева, прошло проверку критических рабочих характеристик перед установкой на ST40.

В ходе испытаний гиротрон стабильно работал на мощности 1 МВт на двух частотах — 104 ГГц и 137 ГГц, с максимальной длительностью импульса до 2 секунд. Тестирование включало оценку воспроизводимости, модуляционных возможностей, контроля мощности и чистоты моды; результаты показали, что устройство способно удовлетворять требованиям к непрерывной выходной мощности для соответствующих термоядерных экспериментов.

Данный гиротрон был изготовлен компанией Kyoto Fusioneering для Tokamak Energy; цикл разработки и производства составил 18 месяцев. После ввода в эксплуатацию устройство будет генерировать высокочастотные электромагнитные волны для нагрева и управления водородной плазмой, а также для выполнения функций инициирования и поддержания плазменного тока. Соответствующая температура плазмы будет в несколько раз превышать температуру в центре Солнца.

Компания Tokamak Energy сообщила, что на следующем этапе проекта основное внимание будет уделено подготовке излучателя, зеркального поляризатора, линии передачи и системы управления, после чего последуют монтаж и пусконаладка на установке ST40. После подключения гиротрон обеспечит ST40 дополнительными возможностями нагрева и управления током, что позволит проводить эксперименты с более высокими параметрами плазмы, а также исследовать такие режимы работы, как нагрев плазмы, управление током, инициирование и ускорение.

Принцип действия гиротрона заключается в ускорении электронного пучка в сильном магнитном поле, что приводит к излучению микроволн. Эти микроволны передаются по волноводу в плазму, состоящую из изотопов водорода, причем их частота настраивается на совпадение с частотой электронно-циклотронного резонанса плазмы. В установке ST40 соответствующие частоты составляют 104 ГГц или 137 ГГц. Взаимодействуя с плазмой, микроволны передают энергию электронам, обеспечивая нагрев и управление плазмой.

Использование гиротронов, работающих по технологии электронно-циклотронного резонансного нагрева, способствует решению проблемы ограниченного пространства для центрального соленоида в сферических токамаках. Центральный соленоид обычно используется для генерации плазменного тока; участие гиротрона в инициировании и поддержании тока создает технические условия для уменьшения размеров центрального соленоида. По сравнению с нагревом нейтральными пучками, гиротрон также может быть размещен на большем расстоянии от корпуса установки, в то время как системы нагрева нейтральными пучками обычно требуют установки вблизи установки.

На установке ST40 компания Tokamak Energy планирует комбинировать существующую систему нагрева нейтральными пучками с системой нагрева на основе гиротрона для дальнейшего изучения рабочих характеристик гиротрона, требований к системе управления, а также оптимального соотношения между двумя методами нагрева.

Данный проект является частью сотрудничества между Tokamak Energy и UK Fusion Energy (UKFE); полученный опыт будет способствовать накоплению технических знаний для британской программы производства энергии на сферических токамаках (STEP). Кроме того, данный гиротрон будет задействован в программе модернизации ST40 компании Tokamak Energy под названием LEAPS. Эта программа фокусируется на исследованиях, связанных с литиевыми системами, и поддерживается Министерством энергетики США, а также Министерством энергетической безопасности и чистого нулевого выброса Великобритании.