Цели и задачи КТМ

---

Основной целью создания токамака КТМ является проведение экспериментальных исследований и испытаний материалов и конструкционных решений защиты первой стенки, приемных диверторных пластин и узлов дивертора, отработка методов снижения нагрузки на приемные пластины, различных способов тепло - и энергоотвода, способов быстрой откачки диверторного объема и разработка методов предотвращения внерегламентного выхода внутрикамерных элементов из строя.

Токамак КТМ будет служить центром уникальной стендовой базы, на которой создаются условия для проведения комплексных системных исследований материалов защиты первой стенки и приемных пластин дивертора в процессе работы токамака и эффектов воздействия потоков энергии от 0,1 до 20 МВт/м2 в широком диапазоне экспозиций (флюенсов). При этом предусматривается возможность оперативного доступа в вакуумную камеру и замены диверторных пластин без нарушения высокого вакуума. В результате токамак КТМ приобретает статус первого в мире технологического токамака для реакторного материаловедения.

Планируемые параметры энергетических нагрузок, широкий набор используемых методов и диагностик для исследований и испытаний будут иметь важное значение как для программы ИТЭР (Международного экспериментального реактора-токамака), так для программ ДЕМО (Демонстрационного реактора-токамака) и других экспериментальных и энергетических термоядерных реакторов.

Принципиальными задачами токамака КТМ являются следующие:

• исследование поведения кандидатных материалов приемных пластин и других элементов диверторных устройств;
• изучение процессов распыления, эрозии, дугообразования, механических повреждений на приемных диверторных пластинах;
• исследование процессов поверхностного и объемного прогрева и динамики поверхностного и объемного распределения температуры диверторных пластин;
• испытания различных способов организации теплового контакта приемных пластин дивертора с теплоотводящей и механической структурой диверторного устройства (ДУ);
• испытания различных видов, схем и конструкций систем охлаждения приемных пластин и механических структур;
• изучение поведения материалов диверторных пластин при различных начальных установившихся температурах (при условии использования предварительного прогрева пластин);
• исследование методов снижения локальных тепловых нагрузок на приемные пластины (например, путем циклического перемещения Х-точки в горизонтальном и вертикальном направлениях, вариацией структуры магнитного поля вблизи приемных пластин);
• изучение возможности снижения тепловых нагрузок на диверторные пластины возбуждением RI-моды при инжекции тяжелых инертных газов в SOL;
• изучение возможности снижения максимальных нагрузок на диверторные пластины впрыском сильно излучающих газов или паров в диверторный объем;
• исследование возможности снижения потоков в диверторную область изменением треугольности плазменного шнура;
• исследование поведения различных материалов защиты первой стенки (рециклинг, распыляемость, эрозия, термостойкость в нормальных режимах и при срывах тока и т.д.);
• изучение влияния материала стенок на Zэфф.;
• испытания защитных экранов антенн ВЧ-нагрева;
• исследование диафрагм (лимитеров) различного типа в т.ч.пористых литиевых диафрагм и их влияние на параметры плазменного шнура;
• исследование пористых материалов, снижающих поступление примесей в центральную область плазменного шнура;
• исследование процессов формирования активного диверторного слоя (АSOL) и его влияния на параметры и процессы удержания плазменного шнура;
• испытания материалов первой стенки и приемных пластин дивертора, представляющих опасность при использовании.

Кроме материаловедческих проблем на токамаке КТМ может быть поставлен и решен широкий круг плазмофизических задач, в числе которых:

• исследование процессов удержания плазмы в конфигурациях с аспектным отношением А=2 и предельных параметров при мощном ВЧ-нагреве;
• исследование процессов формирования и устойчивого поддержания различных конфигураций плазмы (вытянутость, треугольность), а также процессов и параметров плазмы в пристеночной и диверторной областях;
• исследование сценариев и механизмов эффективного ВЧ-нагрева и режимов неиндукционного поддержания основной части тока.

Установка КТМ занимает особое место в международных программах работ по развитию термоядерной энергетики. Прежде всего токамак КТМ отличает четко сформулированная цель - комплексные исследования и испытания материалов защиты первой стенки, приемных пластин дивертора, диафрагм, лимитера и других внутрикамерных элементов в широком диапазоне интенсивности и флюенса тепловых и плазменных потоков, свойств композиционных материалов, физических и технических решений, условий проведения экспериментов и испытаний. Величины тепловых нагрузок на первую стенку, диверторные пластины и потоков энергии в диверторную область находятся на уровне или выше уровня нагрузок, реализуемых на всех действующих токамаках и соответствуют нагрузкам токамака ИТЭР (FEAT).

В токамаке КТМ могут быть доступны также испытания материалов и узлов при флюенсах, соответствующих не только токамаку ИТЭР (FEAT), но и будущим термоядерным установкам и реакторам. Относительно низкая стоимость установки и, в целом, стендовой базы, технологичность ее изготовления, монтажа и ввода в эксплуатацию позволят программе КТМ занять одно из лидирующих мест в общемировой термоядерной программе по материаловедению.

Ввод токамака КТМ в строй действующих установок задолго до завершения строительства, монтажа и начала полноценных экспериментальных исследований на ИТЭР будет служить основой широкого международного сотрудничества в области термоядерного материаловедения, включая как новые материалы, так и технологические решения и конструкции.

Вместе с этим, токамак КТМ будет единственной мегаамперной установкой в мире с аспектным отношением А=2, которая по существу может наполнить базу данных по физике процессов удержания плазмы в пограничной области между сферическими и классическими токамаками. Что касается перспектив создания реакторов на базе сферического токамака, то при достаточно хорошем удержании плазмы на КТМ (фактор улучшения Н= 3¸4 по сравнению с tИТЭР89) конфигурации с А=2 представляются наиболее перспективной с инженерных позиций для реализации в качестве будущего энергетического термоядерного реактора с теплыми электромагнитными обмотками. Поэтому создание КТМ может явиться значительным вкладом в развитие термоядерной энергетики.