Design Features of Neutral Particle Diagnostic System for Iter

Abstract

Для осуществления оптимального режима горения в плазме термоядерного дейтерий-тритиевого (DT)-реактора ИТЭР необходимо обеспечить контроль изотопного отношения концентрации DT-топлива. Представленная в статье диагностическая система позволяет решить эту задачу путём измерения и анализа потоков атомов изотопов водорода, испускаемых плазмой. Разработка и поставка комплекса диагностики по потокам атомов для ИТЭР поручена Российской Федерации, и соответствующие работы проводятся в Физикотехническом институте им. А.Ф. Иоффе. Основу данного комплекса составляют два анализатора: LENPA (Low Energy Neutral Particle Analyzer), работающий в диапазоне энергии 10-200 кэВ, и HENPA (High Energy Neutral Particle Analyzer) в диапазоне энергии 0,1-4,0 МэВ. Использование анализаторов в разных энергетических диапазонах позволяет измерять отношение концентрации DT-топлива как в центральной зоне (зоне термоядерного горения), так и на краю плазмы. При создании этого комплекса необходимо было учитывать влияние нескольких факторов: наличие интенсивных потоков нейтронного и гамма-излучения; необходимость использования прямого вакуумного канала, соединяющего анализаторы с плазменной камерой реактора; повышенные требования к надёжности работы всех узлов и механизмов системы; дефицит пространства для размещения диагностического оборудования на установке ИТЭР. В статье описана конструкция диагностического комплекса и технические решения, позволяющие проводить измерения в условиях токамака-реактора. Предложенные технические решения позволяют обеспечить единый вакуумный канал прохождения атомов изотопов водорода в систему двух анализаторов атомов, надёжный с точки зрения воздействия тепловых и механических нагрузок, эффективно экранировать анализаторы атомов от влияния рассеянного магнитного поля установки, обеспечить дистанционное управление комплексом, а также соединение и отсоединение вакуумного трубопровода от вакуумной камеры токамака, удовлетворить требования по радиационной безопасности, предъявляемые к диагностической системе на установке ИТЭР, и обеспечить проведение измерений изотопного соотношения топлива при наличии сильного нейтронного и гамма-излучения. Ключевые слова: ИТЭР, изотопный состав, диагностика плазмы, анализатор атомов перезарядки.