Perspectives for the high field approach in fusion research and advances within the Ignitor Program

Abstract

The Ignitor Program maintains the objective of approaching D–T ignition conditions by incorporating systematical advances made with relevant high field magnet technology and with experiments on high density well confined plasmas in the present machine design. An additional objective is that of charting the development of the high field line of experiments that goes from the Alcator machine to the ignitor device. The rationale for this class of experiments, aimed at producing poloidal fields with the highest possible values (compatible with proven safety factors of known plasma instabilities) is given. On the basis of the favourable properties of high density plasmas produced systematically by this line of machines, the envisioned future for the line, based on novel high field superconducting magnets, includes the possibility of investigating more advanced fusion burn conditions than those of the D–T plasmas for which Ignitor is designed. Considering that a detailed machine design has been carried out (Coppi et al 2013 Nucl. Fusion 53 104013), the advances made in different areas of the physics and technology that are relevant to the Ignitor project are reported. These are included within the following sections of the present paper: main components issues, assembly and welding procedures; robotics criteria; non-linear feedback control; simulations with three-dimensional structures and disruption studies; ICRH and dedicated diagnostics systems; anomalous transport processes including self-organization for fusion burning regimes and the zero-dimensional model; tridimensional structures of the thermonuclear instability and control provisions; superconducting components of the present machine; envisioned experiments with high field superconducting magnets.

Some Feasibilities of the Ignitor Location Within the Triniti Site

“…Длительное и всестороннее изучение физики зажигания термоядерной реакции в токамаке И гнитор [4,5] показало, что возбуждение интенсивной реакции синтеза в смеси дейтерия и трития (в равных долях) может иметь место, когда ток в центральном соленоиде токамака достигнет макс имального значения. В дальнейшем при управлении профилем тока и температурой плазмы с помощью нескольких антенн микроволнового излучения небольшой мощности можно упростить переход в H-режим.…”

“…Такое изменение необходимо учитывать при анализе жёсткости конструкции, моделировании срывов разряда и т.п. [5].…”

“…Максимальный нейтронный флюенс. Согласно сценарию, разработанному для Игнитора, в максимально напряжённом режиме с D-T-плазмой (при токе в плазме 11 МА, значении тороидального магнитного поля ~13 Тл) длительность стационарного участка импульса горения составляет 4 с [5,25].…”

“…Радиационная доза на изоляцию. Согласно проекту [5] медные катушки тороидального магнитного поля Игнитора с изоляцией из G10R располагаются непосредственно за достаточно толстой стенкой камеры переменной толщины (26-52 мм), однако без какой-либо дополнительной радиационной защиты. Поэтому время эксплуатации таких магнитов в течение всего операционного периода (~6000 рабочих секунд в течение 10 лет [25]) может быть ограничено устойчивостью межвитковой изоляции к радиационным повреждениям.…”

“…Многие годы профессор Бруно Коппи с сотрудниками развивают теорию эксперимента по зажиганию. Для осуществления этого эксперимента они тщательно проработали проект токамака Игнитор [2,3], и к настоящему времени опубликовано более 100 работ, посвящённых различным аспектам этого проекта [4,5].…”