Моделирование улучшенного дивертора токамаков-реакторов следующего поколения

Проект направлен на исследование параметров пристеночной плазмы в различных режимах работы улучшенного дивертора, и разработку концепции инновационного дивертора для токамаков-реакторов следующего поколения (DEMO, CFETR), превосходящих по размерам и по мощности токамак-реактор ИТЭР. Моделирование будет проводиться кодом SOLPS-ITER, который был разработан в Санкт-Петербургском Политехническом Университете Петра Великого в сотрудничестве с Организацией ИТЭР, и является стандартным инструментом для моделирования пристеночной плазмы ИТЭР. Токамаки-реакторы следующего поколения будут работать в стационарном режиме, и ключевым условием их работы является уменьшение потоков тепла из термоядерной плазмы на конструкции первой стенки (в первую очередь на диверторные пластины) до значений, совместимых с возможностью их долгосрочной работы без разрушения. Поэтому задача выяснения физических механизмов, определяющих параметры пристеночной плазмы и, соответственно, режимы работы реактора, и являющихся физическими основами для проектирования улучшенного дивертора, является весьма актуальной. Эти механизмы до конца не выяснены даже для параметров существующих и строящихся токамаков. Для реакторов же следующего поколения сама возможность реализации режима с приемлемой плотностью мощности на пластины дивертора остается неясной. В выяснении этих вопросов и в оптимизации параметров улучшенного дивертора состоит научная новизна исследования. Будет исследовано влияние размеров реактора, его мощности, формы диверторных пластин, ширины обдирочного слоя (Scrape-Off Layer, SOL) и давления в диверторе на распределение потоков энергии на пластины дивертора. Будет выяснена принципиальная возможность уменьшения потоков тепла на дивертор за счёт оптимизации формы дивертора и за счёт напуска радианта – излучающего примесного газа (Ne, Ar) – без существенного ухудшения параметров термоядерной плазмы в основной области удержания. Будут изучены физические механизмы переноса примеси. Будет выяснено, какие параметры влияют на возможность достижения оптимального режима (тип радианта, интенсивность его напуска, расположение места напуска рабочего газа и примеси, интенсивность откачки рабочего газа, примеси и продуктов термоядерной реакции, расположение и форма диверторной пластины и угол её наклона относительно направления магнитного поля). В результате будет выбран оптимальный режим работы на примере реактора Chinese Fusion Engineering Testing Reactor (CFETR), проектируемого в КНР.