1. Термоядерный реактор JET тестирует покрытие, открывающее путь к термояду. 2. О работах CompMechLab® НИУ СПбГПУ по расчетному сопровождению процесса проектирования модуля W-LBSRP для реактора JET
На европейском опытном термоядерном реакторе Joint European Torus (JET) начинается испытание нового покрытия, которое способно выдержать температуру термоядерной реакции и имеет решающее значение для пуска Токамака.
Реактор JET, расположенный близ Оксфорда в Великобритании, является уникальной установкой для изучения и разработки технологии практического применения в энергетике реакции ядерного синтеза. Это единственный в мире токамак, работающий на тритиевом топливе, радиоактивном изотопе водорода, состоящем из протона и двух нейтронов, и дейтерия, изотопа водорода из одного протона и одного нейтрона. Слияние этих двух форм водорода производит огромное количество энергии.
Внутренняя часть реактора JET
Работа проекта JET была временно приостановлена в связи с установкой 5000 новых теплоизолирующих плиток. Новая облицовка реактора будет испытана в Великобритании перед ее применением на международном полномасштабном термоядерном реакторе ITER, который в настоящее время строится на юге Франции.
В настоящее время во Франции строится большой термоядерный реактор ITER
Новое покрытие реактора изготовлено из бериллия, который должен выдерживать экстремальные условия самоподдерживающейся реакции синтеза лучше, чем композитные карбоновые плитки, использовавшиеся до этого. Бериллиевая плитка также позволит проводить эксперименты по лазерному термоядерному синтезу, которые сегодня доступны только в американском центре National Ignition Facility.
Реактор ITER будет иметь высоту 29 метров и диаметр 28 метров
Экранирование реактора от горячей плазмы является очень сложной проблемой. Использование для этой цели наиболее подходящего по характеристикам углеродного волокна невозможно, поскольку тритиевое топливо провоцирует образование углеводородных соединений, делая углеродное покрытие реактора радиоактивным и «впитываясь» в стенки реактора. Нарастающая радиоактивность реактора и утечка дорогого трития являются недопустимыми для промышленной установки или токамака ITER, который будет поддерживать термоядерную реакцию не десятки секунд, как JET, а десятки минут.
JET имеет стандартную для токамаков конструкцию: реактор в форме бублика, внутри которого находится водородная плазма, управляемая мощными магнитными полями. Давление магнитного поля и нагрев заставляют ядра водорода слиться в гелий, высвобождая энергию и нейтроны.
Укладка нового бериллиевого покрытия на токамаке JET длилась около 15 месяцев. Столь длительный срок работ связан прежде всего с тем, что корпус реактора радиоактивен из-за нейтронной бомбардировки, поэтому основную часть работы пришлось осуществлять с помощью дистанционно управляемых манипуляторов.
Сотрудники CompMechLab® в 2005 – 2008 годах в рамках совместной деятельности с Forschungscentrum Jülich, Институт физики плазмы (Institut für Plasmaphysik), осуществляли расчетное сопровождение процесса проектирования модифицированного модуля W-LBSRP для реактора JET, выполняя нестационарные электромагнитные, тепловые и прочностные расчеты для нескольких вариантов конструкции блока. Основной целью многовариантных исследований являлся поиск новых технологических решений для проекта ITER.
Предпосылкой для проведения исследования послужила необходимость применения в дивертере ITER вольфрамовой облицовки вместо графитовой, применяемой в Токамаке JET. Прямая замена графитовой облицовки на вольфрамовую невозможна по ряду причин. Основная из них заключается в том, что вольфрам обладает гораздо большей электропроводностью, чем графит, и, следовательно, под действием переменного внешнего магнитного поля в вольфрамовой облицовке будут возникать значительно бóльшие вихревые токи. Большие вихревые токи при наличии мощного внешнего магнитного поля, очевидно, приведут к огромным пондеромоторным нагрузкам на конструкцию, что является неприемлемым.
Для решения выше перечисленных проблем конструкторами Forschungszentrum Jülich был предложен новый вариант дизайна блока W-LBSRP (появившийся в названии блока символ «W» подчеркивает основную особенность нового блока – вольфрамовую облицовку). Характерной особенностью нового блока W-LBSRP является облицовка, «нарезанная» из множества вольфрамовых ячеек.
Ниже представлены рисунки из Отчетов и Публикаций сотрудников CompMechLab® НИУ СПбГПУ:
Вакуумная камера токамака JET
3-D конечно-элементная (КЭ) модель блока W-LBSRP дивертора токамака JET
3-D КЭ-модель клиновидного держателя облицовки блока W-LBSRP дивертора токамака JET
3-D КЭ-модель основания блока W-LBSRP дивертора токамака JET
3-D КЭ-модель крепежной плиты блока W-LBSRP дивертора токамака JET
Модуль вектора перемещения в клиновидном держателе облицовки для двух вариантов нагружения
Распределение плотности вихревых токов в держателе облицовки и крепежной плите токамака JET
Распределение плотности вихревых токов в крепежной плите токамака JET
Фрагмент вольфрамовой облицовки дивертора токамака JET, уставленной на держатель
Публикации сотрудников CompMechLab® по данной теме:
1. Borovkov A., Gaev A., Nemov A., Neubauer O., Panin A. 3-D Finite Element Electromagnetic and Stress Analyses of the JET LB-SRP Divertor Element (Tungsten Lamella Design) // Fusion Engineering and Design. 82 (2007). 1871 - 1877.
Эта статья в январе-марте 2009 года вошла в рейтинг Top25 Hottest Articles (Energy > Fusion Engineering and Design)
2. Hirai T., Bondarchuk E., Borovkov A.I., Koppitz Th., Linke J., Mertens Ph., Neubauer O., Panin A., Philipps V., Pintsuk G., Sadakov S., Steinbrech R.W., Schweer B., Uytdenhouwen I., Vaen R., Samm U., Sievering R. Development and testing of a bulk tungsten tile for the JET divertor // Physics Scripta. 2007. T128. 144 - 149.
3. Borovkov A., Gaev A., Nemov A., Neubauer O., Panin A. 3-D Finite Element Electromagnetic and Stress Analyses of the JET LB-SRP Divertor Element (Tungsten Lamella Design) // Proc. 24th Symposium on Fusion Technology. Poland. Warsaw. 2006. Preprint EFDA-JET-CP(06)04-04. 2006. 11p.
4. Borovkov A., Gaev A., Nemov A., Neubauer O., Panin A. 3-D Finite Element Electromagnetic and Stress Analyses of the JET LB-SRP Divertor Element (Tungsten Lamella Design) // 24th Symposium on Fusion Technology. Book of Abstract (P2-F-31 abstract). Poland. Warsaw. 2006. p. 200.
5. Hirai T., Bondarchuk E., Borovkov A.I. et al. Development and Testing of a Bulk Tungsten Tile for the JET Divertor // Proc. 11th Int. Workshop on Plasma-Facing Materials and Components for Fusion Applications. Germany. 2006.
6. Borovkov A., Gaev A., Nemov A., Neubauer O., Panin A. 3-D Finite Element Electromagnetic and Stress Analyses of the JET LB-SRP Divertor Element (Tungsten Lamella Design) // Preprint of Paper for publication in Proceedings of the SOFT Conference, 2006, Warsaw, Poland. 15 p.
Ссылки по теме:
- Визит сотрудников CompMechLab в Forschungszentrum Juelich. Краткий обзор работ CompMechLab® в области исследования проблем механики термоядерных реакторов
В феврале 2009 г. ведущие инженеры CompMechLab А. Немов и И. Войнов по приглашению руководителя Engineering Department of Institute of Energy Research - Plasma Physics Dr. O. Neubauer находились в научно-исследовательским центре Forschungszentrum Juelich.
В ходе визита состоялось обсуждение и согласование деталей очередного совместного научно-исследовательского проекта. Напомним, что ранее в 2005-2008 гг. сотрудники CompMechLab успешно выполнили 3 мультидисциплинарных проекта, связанных с конечно-элементным моделированием нестационарных электромагнитных и тепловых полей, а также напряженно-деформированного состояния разнообразных конструкционных элементов термоядерных реакторов JET (Joint European Torus) и ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor).
Другие новости сайта FEA.ru на эту тему:
2007.10.22 DELMIA будет использоваться при создании термоядерного реактора
2006.10.10 В Китае прошли испытания экспериментального термоядерного реактора
2006.05.27 Дан старт проекту по созданию первого в мире термоядерного реактора ИТЕР
2006.04.21 Названы имена лауреатов крупнейшей российской научной премии Глобальная энергия
Публикация подготовлена сотрудниками CompMechLab® с использованием материалов сайта CNews R&D.
Подробнее узнать о выполненных совместно с сотрудниками Forschungszentrum Juelich работах и ознакомиться с некоторыми результатами Вы можете в разделе сайта www.FEA.ru - Выполненные работы:
Токамак, JET (Joint European Torus), ITER, дивертор, облицовка, нестационарные электромагнитные поля, вихревые токи, halo-токи, электромагнитные нагрузки, 3-D напряженно-деформированное состояние, множественные контактные взаимодействия
Ключевые слова:
Программное обеспечение:
CATIA V5, ANSYS/Mechanical, ANSYS/EMAG
Год:
2005