Заместитель руководителя Инжинирингового центра (CompMechLab®) СПбПУ Петра Великого к.т.н. Александр Немов выступил с докладом на 29-м Международном симпозиуме по технологиям для термоядерного синтеза - SOFT 2016

С 5 по 9 сентября 2016 года в Праге прошел 29-й Международный симпозиум по технологиям для термоядерного синтеза Symposium on Fusion Technology (SOFT 2016). Конференция проводится каждые два года в разных странах, и традиционно объединяет ведущих ученых и всех заинтересованных в развитии технологий, используемых в рамках исследований термоядерного синтеза.

Большая часть докладов и выступлений на симпозиуме посвящалась самому крупному из современных проектов в этой области – токамаку ITER, который строится на юге Франции.

Международный экспериментальный термоядерный реактор должен стать первой ступенью к коммерческому использованию термоядерного синтеза в области энергетики. Соглашение о начале строительства ITER было подписано в 2006 году, согласно текущему графику работ, пуск токамака и получение первой плазмы назначены на декабрь 2025 года. В проекте участвуют страны Евросоюза и Швейцария, Япония, Россия, Индия, Китай, Южная Корея и США.

В рамках участия в проекте Россия должна изготовить девять диагностических систем для ITER, представляющих собой сложнейшие технические комплексы. 

Команда CompMechLab^® работает в рамках проекта ITER около 20 лет, некоторые наиболее интересные результаты демонстрировались в том числе, и в рамках конференций SOFT. В 2016 году заместитель руководителя Инжинирингового центра (CompMechLab^®) Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого к.т.н. Александр Немов выступил на симпоузиме с докладом «Мультифизичный инженерный анализ для рефлектометрии со стороны сильного магнитного поля» (Multiphysics engineering analysis for high field side reflectometry). Работа выполнена в рамках проекта ITER по заказу Координационного центра "Управляемый термоядерный синтез – международные проекты" (УТС-Центр). 

Multiphysics engineering analysis for high field side reflectometry
NEMOV, Aleksandr¹ ; NOVOKSHENOV, Alexey¹ ; LAGUTKINA, Anna¹ ; SYCHEVA, Svetlana¹ ; MAMCHITS, Dmitry¹ ; BOROVKOV, Alexey¹ ; VERSHKOV, Vladimir² ; SHELUKHIN, Dmitry² ; LUKYANOV, Vitaly^2
1 - Peter the Great Saint-Petersburg Polytechnic University, St. Petersburg, 195251, Politechnicheskaia 29, Russian Federation
² - NRC Kurchatov Institute, Moscow, 123182, Akademika Kurchatova sq. 1, Russian Federation

The High Field Side Reflectometry is diagnostic equipment subjected to the conditions that are severe even for ITER: magnetic field over 9T, temperatures up to 700 ^oC, strongly non-uniform temperature field, specific shape of the equipment with length of in-vessel waveguides about 10m and location of waveguides close to the blanket connectors where large halo currents are expected during disruptions make the development of reliable design challenging and make the role of multiphysics simulations extremely important.
This study deals with eddy current, halo current, thermal and structural analyses of HFS Reflectometry. Specifics of the equipment leads to the necessity of performing electromagnetic analysis on the basis of global FE model of ITER sector including all in-vessel HFS Reflectometry components, which was developed and benchmarked against available at ITER database results.
Modified approach to halo current analysis of HFS Reflectometry is proposed and discussed. Rational models for thermal and structural analyses as well as corresponding computational procedures are proposed and principal results of multiphysics simulations are presented and analyzed.

Сотрудники CompMechLab работают в рамках проекта ITER, а также проектов, связанных с исследованием и проектированием других термоядерных реакторов–токамаков в течение более чем 30 лет. Среди работ последних 10 лет могут быть отмечены следующие выполненные и продолжающиеся проекты:

2005 – 2006 гг. Тепловые, электромагнитные и прочностные расчеты блока W–LBSRP дивертора токамака JET (JointEuropeanTorus). Работы велись в рамках ITER–likeWallProject на JET – переконструирование части элементов JET с целью тестирования материалов, выбранных для ITER. Заказчик – научно–исследовательский центр г. Юлих, Институт физики плазмы, Германия.

2006 – 2008 гг. Формулировка и реализация в системе ANSYS процедуры многоуровневой гомогенизации для сверхпроводящих кабелей ITER. Заказчик – проф. Б.А. Шрефлер, Италия.

2009 – наст.вр. Электромагнитные и прочностные статические и динамические многовариантные расчеты в поддержку проектирования элементов диагностики cCXRS верхнего порта ITER. Заказчик – научно–исследовательский центр г. Юлих, Германия.

2011 – 2013 гг. Полный цикл расчетов для проектируемого оптического модуля диагностики томсоновского рассеяния диверторного порта токамака ITER – электромагнитные, тепловые и прочностные расчеты, включая сейсмическую и циклическую прочность. Оптимизация конструкции оптического блока. Заказчик – ФТИ им. А.Ф. Иоффе.

2012 – наст.вр. Тепловые, электромагнитные и прочностные расчеты диагностики «Рефлектометрия». Заказчик – Координационный центр "Управляемый термоядерный синтез – международные проекты" (УТС-Центр).

2012 – наст.вр. Электромагнитные и прочностные расчеты элементов диагностики «Спектроскопия водородных линий». Заказчик – Координационный центр "Управляемый термоядерный синтез – международные проекты".

Работы в рамках проекта ITER становятся темами бакалаврских, магистерских и кандидатских диссертаций, защищаемых на кафедре «Механика и процессы управления» Института прикладной математики и механики Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого.

25 декабря 2013 года А.С. Немовым была защищена диссертация на тему “Конечно–элементное моделирование и исследование механического поведения кабелей с многоуровневой композитной структурой”. Научный руководитель – зав. УНИЛ "Вычислительная механика" (1987, CompMechLab) , профессор каф. "Механика и процессы управления" СПбПУ, к.т.н. А.И. Боровков. Диссертационная работа А.С. Немова посвящена разработке методов и алгоритмов расчета напряженно–деформированного состояния сложных кабелей многоуровневой свивки с многоуровневой композитной структурой, позволяющих определять напряжения и деформации как на макроуровне, так и на уровне микроструктуры, включая краевые эффекты.

Студентами, принимавшими участие в работах, посвященных расчету и проектированию элементов установок управляемого термоядерного синтеза были защищены выпускные работы (бакалаврские, магистерские, дипломные работы) по темам:

• Конечно–элементное исследование пространственного напряженно–деформированного состояния блока дивертора токамака JointEuropeanTorus под действием электромагнитных нагрузок;
• Конечно–элементное моделирование и исследование опорного элемента термоядерной установки “Cтелларатор”;
• Расчет прочности вакуумной камеры ITER при резком изменении сдерживающего магнитного поля;
• Конечно–элементное моделирование и исследование напряженно–деформированного состояния крепления зеркала модуля диагностики токамака ITER;
• Нелинейный конечно–элементный анализ термонапряженного состояния элементов диагностического модуля токамака ITER;
• Конечно–элементное моделирование и анализ термонапряженного состояния зеркального элемента диагностического модуля ITER.