Strategy for Solving a Transient Electromagnetic Problem for Local Structures Optimization in Support of the Iter Blanket Design

Abstract

Электромагнитные нагрузки в токамаках имеют сложные пространственно-временные распределения. Величина и характер этих нагрузок в значительной степени определяют особенности проектирования Международного термоядерного реактора ИТЭР и принимаемые конструктивные решения. Предложен подход для оперативного расчёта электромагнитных нагрузок, позволяющий выполнить оптимизацию конструкции модулей бланкета на ранних этапах проектирования. Способ базируется на использовании упрощённой математической модели и обосновывается анализом особенностей конструкции бланкета и режи-мами работы установки ИТЭР. Приведён пример численного решения задачи анализа интегральных величин электромагнитных нагрузок на все локализованные компоненты бланкета токамака ИТЭР. Для сложных электрофизических установок моделиро-вание переходных процессов и силовых нагрузок в виде совокупности задач, различающихся по уровню детализации, является эффективным средством упрощения расчётов.Ключевые слова: токамак ИТЭР, бланкет, переходный электромагнитный процесс, вихревые токи, электромагнитные нагрузки. Complexity of the electromagnetic response of the tokamak structures is one of the key and design-driving issues for the International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). Specifics of assessment of local electromagnetic (EM) loads associated with transient electromagnetics is reviewed. A strategy is proposed for the EM loads modelling and analysis that enables iterative design optimization at early R&D stages. A new method is described to simplify the mathematical model reasoning from peculiarities of the design and task under consideration. Efficiency of transient EM simulations via a set of simplified models with relevant detalization is demonstrated for complex electromagnetic facilities. Results of a predictive numerical EM analysis in terms of integral loads are exemplified for the ITER blanket components. STRATEGY FOR SOLVING A TRANSIENT ELECTROMAGNETIC PROBLEM FOR LOCAL STRUCTURES OPTIMIZATION IN SUPPORT OF THE ITER BLANKET DESIGNKey words: tokamak ITER, blanket, electromagnetic transients, eddy currents, electromagnetic load. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ РАСЧЁТНОГО СОПРОВОЖДЕНИЯ РАЗРАБОТКИ МОДУЛЕЙ БЛАНКЕТА УСТАНОВКИ ИТЭРБланкет крупного токамака, в частности, проектируемой в настоящее время в рамках междуна-родной кооперации установки ИТЭР [1] в процессе эксплуатации может подвергаться воздействию различных видов нагрузок. Наиболее существенными видами нагрузок являются пондеромоторные силы, возникающие в токопроводящих металлических элементах конструкции в результате взаимо-действия наведённых вихревых токов с магнитным полем. Особенностью электромагнитных (ЭМ) нагрузок является сложный характер их пространственно-временного распределения. Величина и характер этих нагрузок в значительной степени определяют особенности проектирования и прини-маемые конструктивные решения.В свою очередь базовые концептуальные решения, заложенные в основу конструкции, форми-руют класс задач, связанных с обоснованием работоспособности различных подсистем и отдельных элем...