ITER 뉴트럴 빔 테스트 설비

ITER Neutral Beam Test Facility
중성 빔 테스트 시설 외관

ITER 중성 빔 시험 시설은 이탈리아 [1]베네토주 파도바에 있는 국제 열핵 실험 원자로(ITER)의 일부이다.이 시설은 원자로의 중성빔 주입기인 MITICA(메가볼트 ITer Injector & Concept Advancement)의 실물 시제품과 이온원 SPIDER(무선주파 [2]플라즈마에서 추출한 중수소 이온 생산원)의 소형 시제품을 수용하게 된다.SPIDER는 2018년 6월에 운영을 시작했습니다.SPIDER는 이온 빔 소스를 최적화하고, 세슘 증기의 사용을 최적화하며, 긴 펄스 동안에도 추출된 이온 빔의 균일성을 검증하는 데 사용됩니다.

ITER 가열 중성 보

ITER의 퓨전 플라즈마에 전원을 공급하기 위해 두 개의 가열 중성 빔 인젝터가 장착됩니다.23m 빔 라인을 통해 최대 4m 직경의 컨테이너까지 각각 17MW의 전력을 제공하도록 설계되어 있습니다. 플라즈마 가장자리 대신 플라즈마 코어에 충분한 가열 전력을 축적하기 위해서는 빔 입자 에너지가 약 1MeV이어야 하므로 중성 빔 시스템의 복잡성이 전례 없는 수준으로 증가합니다.이것은 원자로의 주요 보조 난방 시스템이 될 것이다.변환 효율이 낮기 때문에 중성 빔 인젝터는 먼저 40A의 전구 음이온 빔을 시작한 다음 가스 셀(효율 60% 미만)을 통과한 다음 잔류 이온 덤프(나머지 40-20% 음이온, 20% 양)를 통해 이를 중화해야 합니다.그런 다음 중화 빔은 조절 단계 동안 열량계에 덤프되거나 플라즈마와 결합됩니다.재이온 손실이나 기계 부품과의 간섭은 전류를 17A로 [3]감소시킵니다.

목적들

테스트 시설의 역할에는 다음과 같은 주제에 대한 연구 개발이 포함됩니다.

  • 전압 유지: 중성자 환경으로 인해 가스 절연 대신 진공 단열 기능을 갖춘 -1 MV의 첫 번째 빔 선원이 된다(일반적으로 SF 가스가 사용됨).
  • 음이온 형성: 세슘 이온원에서 추출된 전류 밀도에 대한 요구 사항은 플라즈마 이온원의 현재 기술의 한계에 있다.
  • 빔 광학: 전구체 이온 빔은 멀티그리드 정전 가속기에서 생성되며, 이를 구성하는 7개의 그리드 각각에 1280개의 구멍이 있습니다.빔 드리프트를 따른 빔의 전체 폭(약 25m)은 1280 빔렛의 광학에 의한 것이므로 그리드 얼라인먼트와 자기장 및 정전 오차장에 의한 장애는 신중하게 검증해야 한다.
  • 진공 펌프: 길이 8m, 높이 1.6m의 크라이오펌프 2개가 진공 용기의 양쪽에 설치됩니다.4 K ~ 400 K의 주기로 작동하는 부품의 피로 수명을 검증한다.
  • 빔 가속에 사용되는 전극과 빔 경로를 따라 기계적 구성요소에 대한 열 부하가 매우 높습니다.이러한 부하는 최대 1시간 동안 긴 펄스 동안 지속적으로 인가됩니다.이러한 부하는 ITER 다이버터 플레이트에서 예상되는 열 부하보다 낮습니다.

NBTF 시제품

SPIDER 초기 볼륨 작동 시 빔릿 수 감소 음이온 추출(2019년 5월/6월)

SPIDER는 테스트 시설에서 작동을 시작하는 첫 번째 대형 실험 장치이다(2018년 5월).MITICA의 구성요소는 현재 조달 중이며, 첫 가동은 2023년 말에 이루어질 것으로 예상된다.

스파이더

SPIDER의 설계 파라미터는 다음과 같습니다.

  • 종류 : 세슘 표면 플라즈마 음이온원
  • 플라즈마 소스: 8개의 원통형 RF 드라이버, 1MHz로 작동하며, 1개의 0.8m × 1.6m × 0.25m 확장 챔버에 연결
  • 프로세스 가스: 수소 또는 중수소
  • 추출 수소 음이온 빔 전류 : 54 A (목표치)
  • 전극 및 공칭 전압: 플라즈마 그리드(-110kV), 추출 그리드(-100kV), 접지 그리드(0V)
  • 빔릿 수 및 멀티빔빔 패턴: 1280개의 빔릿을 5 × 16개의 빔릿으로 이루어진 4 × 4개의 빔릿 그룹으로 구분

2018년 동안 8개의 이온 소스 RF 드라이버에 의한 플라즈마 방전이 최적화되었습니다.2019년에는 수소 음이온 빔이 가동되기 시작했습니다.첫해 SPIDER는 빔릿 수를 줄였습니다(1280이 아닌 80).

기능

SPIDER 및 MITICA의 기능은 ITER Heating Neutral Beam 및 기타 기존 장치의 목적과 비교하여 다음 표에 나열되어 있습니다.

실험. 첫 번째 조작 비임 에너지 목표 음이온 빔 전류 이온원 타입 액셀러레이터 타입 중화제 유형 보선 길이 중성 빔 등가 전류 대상 단일 빔릿 발산(가우스 1/e)
엘리스[4] 2012년 12월 최대 60kV 최대 27 A(수소) RF 구동 표면 플라즈마 소스 멀티어터처 정전식 3극 - 최대 500 m - -
스파이더 2018년 5월 110kV 54A(수소) RF 구동 표면 플라즈마 소스 멀티어터처 정전식 3극 - 최대 500 m - -
미티카 2023년(예상) 880kV(수소)/1000kV(중수소) 40A(수소) RF 구동 표면 플라즈마 소스 멀티그리드 멀티아퍼처 컨셉(7전극) 4 가스 셀 최대 13 m 16.7 A 7 mrad 미만
ITER HNB 미정 880kV(수소)/1000kV(중수소) 40 A RF 구동 표면 플라즈마 소스 멀티그리드 멀티아퍼처 컨셉(7전극) 4 가스 셀 최대 22.5 m 16.7 A 7 mrad 미만

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ https://www.euro-fusion.org/newsletter/iter-neutral-beam-test-facility-construction-is-progressing-fast-in-padova/
  2. ^ 토이고, DBillson, T. Bonicelli, R. Piovan, M. Hanada, et al. 2015 Nucl.퓨전 55:8 083025
  3. ^ LR Grisham, P Agostinetti, G Barrera, P Blatchford, D Billson, J Chareyre 등, ITER 중성 빔 시스템 설계, Fusion Engineering 및 Design 87(11), 1805-1815의 최근 개선점
  4. ^ 음이온원에 대한 세계 최대의 테스트 시설은 ITER용 난방을 개발하기 위해 2012년 12월에 문을 열었습니다.2019-08-02에 취득.

외부 링크

좌표:45°23(26°N) 11°55°40°E/45.39056°N 11.92778°E/ 45.39056; 11.92778