Design Features of Neutral Particle Diagnostic System for Iter

Abstract

Для осуществления оптимального режима горения в плазме термоядерного дейтерий-тритиевого (DT)-реактора ИТЭР необходимо обеспечить контроль изотопного отношения концентрации DT-топлива. Представленная в статье диагностическая система позволяет решить эту задачу путём измерения и анализа потоков атомов изотопов водорода, испускаемых плазмой. Разработка и поставка ком-плекса диагностики по потокам атомов для ИТЭР поручена Российской Федерации, и соответствующие работы проводятся в Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе. Основу данного комплекса составляют два анализатора: LENPA (Low Energy Neutral Particle Analyzer), работающий в диапазоне энергии 10-200 кэВ, и HENPA (High Energy Neutral Particle Analyzer) в диапазоне энергии 0,1-4,0 МэВ. Использование анализаторов в разных энергетических диапазонах позволяет измерять отношение концентра-ции DT-топлива как в центральной зоне (зоне термоядерного горения), так и на краю плазмы. При создании этого комплекса необходимо было учитывать влияние нескольких факторов: наличие интенсивных потоков нейтронного и гамма-излучения; необхо-димость использования прямого вакуумного канала, соединяющего анализаторы с плазменной камерой реактора; повышенные требо-вания к надёжности работы всех узлов и механизмов системы; дефицит пространства для размещения диагностического оборудования на установке ИТЭР. В статье описана конструкция диагностического комплекса и технические решения, позволяющие проводить измерения в условиях токамака-реактора. Предложенные технические решения позволяют обеспечить единый вакуумный канал про-хождения атомов изотопов водорода в систему двух анализаторов атомов, надёжный с точки зрения воздействия тепловых и механи-ческих нагрузок, эффективно экранировать анализаторы атомов от влияния рассеянного магнитного поля установки, обеспечить дис-танционное управление комплексом, а также соединение и отсоединение вакуумного трубопровода от вакуумной камеры токамака, удовлетворить требования по радиационной безопасности, предъявляемые к диагностической системе на установке ИТЭР, и обеспе-чить проведение измерений изотопного соотношения топлива при наличии сильного нейтронного и гамма-излучения.Ключевые слова: ИТЭР, изотопный состав, диагностика плазмы, анализатор атомов перезарядки. The control of plasma fuel isotopic ratio (DT) has to ensure the best performance of the deuterium-tritium fusion reactor ITER. The diagnostic system, described in this paper, allows to measure this ratio using neutral particle analysis (NPA). The procurement of NPA diagnostics for ITER is delegated to the Russian Federation. This diagnostics is being developed in Ioffe Institute. It consists of two analyzers -LENPA (Low Energy Neutral Particle Analyzer) with 10-200 keV energy range and HENPA (High Energy Neutral Particle Analyzer) with 0.1-4.0 MeV energy range. Simultaneous operation of both analyzers gives the opportunity to measure DT fuel ratio in the central burning plasma and at the edge, as well. During the development, it was necessary to account for high levels of neutron an...