Пеннинговский источник ионов в системах инерциального электростатического удержания плазмы

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Изучены характеристики пеннинговских источников ионов (ПИИ) применительно к их использованию в системе инерциального электростатического удержания плазмы (ИЭУП) на базе двухэлектродной сферической камеры. В камере ИЭУП при ее заполнении дейтерием за счет многократных осцилляций ионных пучков через газоплазменную мишень внутри центрального электрода реализуется пучково-мишенный механизм генерации нейтронного излучения. В данной статье на основе метода расчета выхода нейтронов систем ИЭУП сформулированы требования к ПИИ для обеспечения выхода нейтронов с энергией 2.5 МэВ в диапазоне 106–107 нейтр./с. Проведено расчетно-экспериментальное изучение режимов горения разряда в ПИИ в зависимости от конфигурации внешнего магнитного поля, а также сравнение токов в ПИИ и вытягиваемых токов на центральный электрод камеры ИЭУП в диапазоне давлений от 0.1 до 10 мТорр. Обосновано оптимальное количество ПИИ в рассматриваемой сферической камере ИЭУП.

Full Text

Restricted Access

About the authors

И. А. Прокуратов

Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова

Author for correspondence.
Email: akdulatov@vniia.ru
Russian Federation, 127030, Москва, ул. Сущевская, 22

Ю. B. Михайлов

Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова

Email: akdulatov@vniia.ru
Russian Federation, 127030, Москва, ул. Сущевская, 22

Б. Д. Лемешко

Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова

Email: akdulatov@vniia.ru
Russian Federation, 127030, Москва, ул. Сущевская, 22

И. В. Ильичев

Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова

Email: akdulatov@vniia.ru
Russian Federation, 127030, Москва, ул. Сущевская, 22

Т. A. Григорьев

Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова

Email: akdulatov@vniia.ru
Russian Federation, 127030, Москва, ул. Сущевская, 22

A. К. Дулатов

Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова

Email: akdulatov@vniia.ru
Russian Federation, 127030, Москва, ул. Сущевская, 22

Д. И. Юрков

Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова

Email: akdulatov@vniia.ru
Russian Federation, 127030, Москва, ул. Сущевская, 22

References

  1. Rasmussen J., Jensen T., Korsholm S.B., Kihm N.E., Ohms F.K., Gockenbach M., Schmidt B.S., Goss E. // Phys. Plasmas. 2020. V. 27. P. 083515. https://doi.org/10.1063/5.0013013
  2. Kumar Sharma S., Vinayak Tewari S., Waghmare N., Jagannadha Raju S.D.V.S., Divakar Rao K., Sharma A. // Ann. Nuclear Energy. 2021. V. 159. P. 108358. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2021.108358
  3. Tomiyasu K., Yokoyama K., Yamauchi K., Watanabe M., Okino A., Hotta E. // Fusion Science and Technology. 2017. V. 56. P. 967. https://doi.org/10.13182/FST09-A9035
  4. Sved J. // AIP Conference Proceedings. 1999. V. 475. P. 704. https://doi.org/10.1063/1.59215
  5. Miley G.H., Wu L., Kim H.J. // J. Radioanalyt. Nuclear Chemistry. 2005. V. 263. № 1. P. 159. https://doi.org/10.1007/s10967-005-0031-3
  6. Takakura K., Sako T., Miyadera H., Yoshioka K., Karino Y., Nakayama K., Sugita T., Uematsu D., Okutomo K., Hasegawa J., Kohno T., Hotta E. // Plasm. Fusin Research. 2018. V. 13. P. 2406075. https://doi.org/10.1585/pfr.13.2406075
  7. Lang R.F., Pienaar J., Hogenbirk E., Masson D., Nolte R., Zimbal A., Röttger S., Benabderrahmane M.L., Bruno G. // Nuclear Instrum. Methods Phys. Resear. Section A: Accelerators, Spectrometers, Detect. Associated Equipment. 2018. V. 879. P. 31. https://doi.org/10.1016/j.nima.2017.10.001
  8. Miley G.H., Murali S.K. Inertial Electrostatic Confinement (IEC) Fusion Fundamentals and Applications. New York, Heidelberg, Dordrecht, London: Springer, 2014. P. 261. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-9338-9
  9. Прокуратов И.А., Лемешко Б.Д., Михайлов Ю.В., Дулатов А.К. // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Термоядерный синтез. 2022. Т. 45. Вып. 1. https://doi.org/10.21517/0202-3822-2022-45-1-108-118
  10. Сагдеева Ю.А., Копысов С.П., Новиков А.К. Введение в метод конечных элементов: метод. пособие. Ижевск: Изд-во “Удмуртский университет”, 2011.
  11. Рейхрудель Э.М., Смирницкая Г.В., Мавлянов А.Н. // Вестник Московского Университета. 1969. № 6. С. 46.
  12. Hirsch R.L. // Journal of Applied Physics. 1967. V. 38. P. 4522. https://doi.org/10.1063/1.1709162
  13. Michalak M.K., Eagle B.J., Kulcinski G.L., Santarius J.F. Six Ion Gun Fusion Experiment (SIGFE) Findings and Future Work. // 13th US-Japan IEC Workshop. Sydney: NSW, 2011.
  14. Мамедов Н.В., Прохорович Д,Е., Юрков Д.И., Каньшин И.А., Солодовников А.А., Колодко Д.В., Сорокин И.А. // ПТЭ. 2018. № 4. С. 62. https://doi.org/10.1134/S0032816218030242

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. a) Design and structure of the vacuum pumping station: 1 – pumping pipe (sealed), 2 – cathode, 3 – body, 4 – magnets, 5 – anode, 6 – anticathode. b) Schematic diagram of the stand with the vacuum pumping station chamber: I – pressure gauge, II – vacuum pipe, III – anode (chamber body), IV – cathode (central electrode), V – viewing window, VI – leak valve (gas supply), VII – vacuum slide valve, VIII – vacuum pumping post, IX – vacuum pumping station, X – ballast resistance, XI – accelerating voltage source (up to –25 kV), XII – vacuum pumping station power source (up to 3 kV).

Download (129KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. a) Construction of the IEUP chamber: 1 – anode (IEUP chamber body), 2 – mesh cathode, 3, 4 – viewing windows, 5 – high-voltage input of the IEUP chamber, 6 – PII, 7 – magnets. b) Construction of the mesh cathode.

Download (160KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Parameters of the IEUP chamber: a – dependences of the normalized average number of ions on the number of their flights through the mesh cathode for the used cathode design and cathodes with known transparencies η, b – potential distribution in the IEUP chamber.

Download (207KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependence of the current extracted from the PII on the deuterium pressure in the IEUP chamber.

Download (81KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Distribution of magnetic field induction of a system of three magnetic rings: a – measured using a teslameter, b – calculation without taking into account the structural elements of the PII, c – calculation taking into account the structural elements of the PII.

Download (517KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Calculation of the magnetic field configuration in the PII for a different number of external magnets.

Download (217KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Dependence of the current IPII on the supply voltage UPII for different deuterium pressures in the IEUP chamber.

Download (288KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Dependences of currents in the PII on the pressure in the IEUP chamber with different numbers of magnets on the PII (UPII = 1.7 kV).

Download (233KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Characteristic appearance of the discharge glow in deuterium in the IEUP chamber during operation of the PII: 1 – PII, 2 – mesh cathode, 3 – viewing window.

Download (414KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Dependences of the current extracted from the PII on the gas pressure in the IEUP chamber with a different number of magnets on the PII (UPII = 1.7 kV).

Download (226KB)
Indexing metadata
12. Fig. 11. Calculated dependences of discharge currents on deuterium pressure I(p) for different numbers of PIS (from one to eight from bottom to top; dashed lines – configuration of three magnets on PIS, solid lines – of four) and for different values ​​of neutron yield (double lines).

Download (299KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences