Ученые Томского политеха помогут усовершенствовать токамак КТМ в Казахстане

Подведены итоги конкурса Минобрнауки на предоставление грантов на обеспечение проведения российскими научными организациями и вузами научных исследований совместно с организациями стран СНГ и ближнего зарубежья. В число победителей вошел проект ученых Томского политехнического университета.

Всего к участию в отборе было допущено 24 заявки. По результатам конкурса победителями были признаны три проекта. Они получат субсидию в размере 30 млн рублей на выполнение исследований в 2023-2024 годах.

Одним из победителей конкурса стал проект политехников «Разработка и совершенствование технологических и диагностических систем токамака КТМ для получения высокотемпературной плазмы и проведения материаловедческих исследований». Исследование будет проводиться совместно с сотрудниками Национального ядерного центра Республики Казахстан и специалистами Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе и НИИЭФА им. Д.В. Ефремова.

Основной целью создания токамака КТМ является проведение экспериментальных исследований и испытаний материалов и конструкционных решений. Физический пуск токамака был осуществлен в ноябре 2019 года.

«Установка такого уровня постоянно развивается. В подобных масштабных научных проектах перед участниками всегда ставятся все новые и новые задачи, направленные на усовершенствование параметров, улучшение оборудования. Ученые Томского политеха участвуют в исследованиях, связанных с токамаком КТМ, с конца 90-х годов. Например, мы являемся разработчиками системы управления и автоматизации. Сейчас установка вышла на рабочий режим, но, чтобы получить более высокие параметры по удержанию и температуре плазмы, необходимо провести дополнительную работу по ее усовершенствованию. В результате мы должны обеспечить удлинение времени удержания плазмы и добиться повышения температуры плазмы до термоядерных параметров. Это позволит проводить на токамаке эксперименты, связанные с влиянием термоядерной реакции на различные типы материалов. А глобальная цель проекта – освоение новых методик и принципов работы в области управляемого термоядерного синтеза, позволяющих достичь существенных результатов в дальнейшем при создании новых систем термоядерной и гибридной энергетики», – говорит руководитель проекта, доцент отделения ядерно-топливного цикла Инженерной школы ядерных технологий ТПУ Вадим Павлов .

Основной акцент во время исследования будет сделан на повышение эффективности ионно-циклотронного (ИЦ) нагрева плазмы для повышения ее температуры. Участниками будет разработан оптимизированный сценарий ИЦ нагрева плазмы. При этом ключевым условием для реализации такого сценария является усовершенствование системы управления положением и формой плазменного шнура, плотностью плазмы. Ученые Инженерной школы ядерных технологий и Инженерной школы информационных технологий Томского политеха будут заниматься сбором и обработкой экспериментальных данных, а также совершенствованием системы управления плазмой.

«Основная задача нашего коллектива – разработка контуров быстрого управления положением плазмы по вертикали и управления плотностью плазмы. Дело в том, что плазма внутри установки удерживается магнитными полями. С точки зрения энергоэффективности оптимально вытягивать плазму по вертикали. Так можно при одних и тех же магнитных полях создать более высокое давление в плазме. Но сама плазма при этом становится неустойчивой и любое отклонение от уровня равновесия приводит к тому, что она начинает двигаться с возрастающей скоростью к стенке разрядной камеры. Происходит так называемый “срыв” плазмы и нештатное завершение эксперимента. Мы разрабатываем новые алгоритмы для системы управления токамака, которые позволят удержать плазму в устойчивом состоянии. Тогда разряд будет длительным и более мощным», – поясняет Вадим Павлов .

Новые алгоритмы политехники будут разрабатывать на основе математической модели, учитывающей широкий спектр условий. С помощью модели будут подбираться оптимальные параметры, при которых плазма будет наиболее устойчива в установке. Затем планируется провести эксперименты на самом токамаке.