Определение рабочих параметров катушек тороидального поля токамака на основе высокотемпературного сверхпроводника

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Цель. Определение рабочих параметров системы тороидального магнитного поля (рабочая температура, количество CORC-кабелей, величина транспортного тока) сверхпроводящего токамака MEPhIST-1

Материалы и методы. Численный расчет тороидального магнитного поля токамака выполнен в среде моделирования COMSOL Multiphysics

Результаты. Получены распределения магнитного поля для различных значений транспортного тока, протекающего через катушку токамака. Определены коэффициенты пропорциональности между максимальным магнитным полем на катушке и транспортным током, рабочим магнитным полем и рабочим транспортным током.

Заключение. Определено число CORC-кабелей для достижения рабочей величины индукции магнитного поля в 1 Тл: 7 при температуре в 37,6 К и 6 при температуре в 33,6 К. Показано, что возможно достижение значений рабочего поля порядка 1,5 Тл на 7 CORC-кабелях при понижении температуры до 21,1 К.

Об авторах

Д. А. Александров

Национальный Исследовательский Ядерный Университет

Email: cfrfcfrfdima123@gmail.com
ORCID iD: 0009-0001-7383-0094
SPIN-код: 5365-6190

инженер-исследователь

Россия, Москва

И. В. Мартиросян

Национальный Исследовательский Ядерный Университет

Email: mephizic@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2301-1768
SPIN-код: 3368-8809

инженер

Россия, Москва

Е. А. Виницкий

Национальный Исследовательский Ядерный Университет

Email: egor.vinitsky@gmail.com
ORCID iD: 0009-0003-9462-5756
SPIN-код: 9216-7080

инженер

Россия, Москва

М. А. Осипов

Национальный Исследовательский Ядерный Университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: max.vfk@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-8981-5606
SPIN-код: 4776-7939

инженер-исследователь

Россия, Москва

С. В. Покровский

Национальный Исследовательский Ядерный Университет

Email: sergeypokrovskii@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-3137-4289
SPIN-код: 6643-7817

канд. физ.-мат. наук , заведующий научно-исследовательской лаборатории

Россия, Москва

Список литературы

  1. Muehlich P, Hamacher T. Global transportation scenarios in the multi-regional EFDA-TIMES energy model. Fusion Engineering and Design. 2009;84(7):1361–1366. doi: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2008.12.016
  2. Lerede D, Saccone M, Bustreo C, et al. Could clean industrial progresses and the rise of electricity demand foster the penetration of nuclear fusion in the European energy mix? Fusion Engineering and Design. 2021;172. doi: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2021.112880 EDN: BNAQQO
  3. Gao X, Zhang T, Wu M, et al. Recent results of fusion triple product on EAST tokamak. Plasma Science and Technology. 2021;23(9). doi: 10.1088/2058-6272/ac1165 EDN: RCDXUP
  4. Kim H-S, Jeon Y, Han H, et al. Development of high-performance long-pulse discharge in KSTAR. Nuclear Fusion. 2024;64(1). doi: 10.1088/1741-4326/ad0fbd EDN: YEFTYI
  5. Creely AJ, Greenwald MJ, Ballinger SB, et al. Overview of the SPARC tokamak. Journal of Plasma Physics. 2020;86(5). doi: 10.1017/S0022377820001257 EDN: XOIYOH
  6. Zhai Y, van der Laan D, Connolly P, Kessel C. Conceptual design of HTS magnets for fusion nuclear science facility. Fusion Engineering and Design. 2021;168. doi: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2021.112611 EDN: RFOOXZ
  7. Molodyk A, Samoilenkov S, Markelov A, et al. Development and large volume production of extremely high current density YBa2Cu3O7 superconducting wires for fusion. Scientific Reports. 2021;11(1):2084. doi: 10.1038/s41598-021-81559-z EDN: FQXYLW
  8. Federici G, Siccinio M, Bachmann C, et al. Relationship between magnetic field and tokamak size—a system engineering perspective and implications to fusion development. Nuclear Fusion. 2024;64(3):036025. doi: 10.1088/1741-4326/ad2425 EDN: QJXQPS
  9. Zohm H. On the Use of High Magnetic Field in Reactor Grade Tokamaks. Journal of Fusion Energy. 2019;38(1):3–10. doi: 10.1007/s10894-018-0177-y
  10. Krat S, Prishvitsyn A, Alieva A, et al. MEPhIST-0 Tokamak for Education and Research. Fusion Science and Technology. 2023;79(4):446–464. doi: 10.1080/15361055.2022.2149033 EDN: ZIBZCH
  11. Gryaznevich M, Asunta O. Overview and status of construction of ST40. Fusion Engineering and Design. 2017;123:177–180. doi: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2017.03.011 EDN: VDFVMW
  12. Kuteev BV, Azizov EA, Bykov AS, et al. Steady-state operation in compact tokamaks with copper coils. Nuclear Fusion. 2011;51(7). doi: 10.1088/0029-5515/51/7/073013 EDN: MWVEXC
  13. File J, Mills RG, Sheffield GV. Large Superconducting Magnet Designs for Fusion Reactors. IEEE Transactions on Nuclear Science. 1971;18(4):277–282. doi: 10.1109/TNS.1971.4326354
  14. Shafranov VD. Optimum Shape of a Toroidal Solenoid. Soviet Physics Technical Physics. 1973;17:1433.
  15. Vinitskiy EA, Ulasevich DL, Prishvitsyn AS, et al. Optimization of the Toroidal Magnetic Coil System for the Small Spherical Tokamak MEPhIST-0. Fusion Science and Technology. 2025;81(5):485–494. doi: 10.1080/15361055.2024.2431782
  16. Khodzhibagiyan HG, Novikov MS, Fisher EZ, Shemchuk AV. Concept of the High-Temperature Superconductor Magnetic System of the New Nuclotron Synchrotron. Physics of Particles and Nuclei Letters. 2024;21(1):68–72. doi: 10.1134/S1547477124010060 EDN: GOFBTG
  17. Alexandrov DA, Martirosian IV, Pokrovskii SV, et al. Energy capacity and energy losses of inductive energy storage device based on composite HTS tapes. Modern Transportation Systems and Technologies. 2024;10(2):215–230. doi: https://doi.org/10.17816/transsyst632274 EDN: LKEQV

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. (а) – Полоидальное сечение тороидальной катушки для токамака МИФИСТ-1, внутренний радиус R1 = 93 мм, внешний радиус R2 = 0,7 м; (б) – линия тока для тороидального неразрывного соленоида для токамака МИФИСТ-1

Скачать (258KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Внешний вид криомагнитной системы тороидального поля токамака

Скачать (195KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимости критического тока сборки CORC-кабелей от внешнего магнитного поля при разных температурах (пунктиром обозначена нагрузочная кривая магнита)

Скачать (212KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Распределение магнитного поля. А – на катушке, Б – в полоидальном сечении

Скачать (127KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость рабочего поля токамака от температуры для разных значений числа CORC-кабелей в тороидальной катушке

Скачать (225KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Распределение магнитного поля в полоидальном сечении. А – для рабочего поля 1 Тл, Б – для рабочего поля 1,5 Тл

Скачать (114KB)
Метаданные

© Александров Д.А., Мартиросян И.В., Виницкий Е.А., Осипов М.А., Покровский С.В., 2025

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).