Уникальные научные установки

Импульсная термоядерная установка Ангара-5-1 (УСУ Ангара-5-1)

УНУ создана в 1983 году

Данная УНУ была поддержана в рамках мероприятия 1.8 ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы»
Данная базовая организация ЦКП имеет статус "государственный научный центр (ГНЦ)"
Адрес
Руководитель работ
  • 👤Грабовский Евгений Валентинович
  • 📞 (495) 8518901
  • angara@triniti.ru
Сведения о результативности за 2016 год (данные мониторинга)
Участие в мониторинге Число организаций-пользователей, ед. Число публикаций, ед. Загрузка в интересах внешних организаций-пользователей, %
да8840.00
Базовая организация

Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований

Информация об уникальной научной установке (УНУ)

Импульсная термоядерная установка Ангара-5-1 используется для отработки рентгеновского энергетического драйвера на основе Z-пинчей, который предназначен для сжатия термоядерных мишеней непрямого действия в схемах энергетических реакторов инерциального термоядерного синтеза, а также для  проведения лабораторных опытов по исследованию уравнений состояния вещества при сверх высоких плотностях энергии. Установка размешена в зале 110*80 кв. м, высотой 14 м. Вес установки превышает 1000 т. Режим работы УСУ Ангара-5-1 при выполнении работ: напряжение зарядки ГИН 55 кВ +/-1 кВ; количество модулей в работе – 8; пуск ГИН – от систем БЗГ; пуск коммутаторов ДФЛ – от систем БЗК; давление в рабочей камере не хуже 5*10-4 тор; рабочий газ в разрядниках ГИН – азот и 10% элегаз; рабочий газ в коммутаторах ДФЛ – элегаз; напряжение падающей волныв водяных передающих линияхкаждого модуля – не менее 750 кВ; полуширина импульса напряжения падающей волныв водяных передающих линияхне – более120 нс.

Главные преимущества, обоснование уникальности установки, в том числе сопоставление УНУ с существующими аналогами

Импульсная термоядерная установка Ангара -5-1 используется для отработки рентгеновского энергетического драйвера на основе Z- пинчей, который предназначен для сжатия термоядерных мишеней непрямого действия в схемах энергетических реакторов инерциального термоядерного синтеза, а также для проведения лабораторных опытов по исследованию уравнений состояния вещества при сверх высоких плотностях энергии. Установка размешена в зале 110*80 кв.м, высотой 14 м. Вес установки превышает 1000 т. Уникальность установки заключается в ее электрических и рентгеновских характеристиках. Электрическая импульсная мощность установки с током 4 МА достигает 6 ТВт. Выходное напряжение -1-1,5 МВ. Преимуществом установки является рекордно высокая энергия импульса рентгеновского излучения - до 120 кДж при длительности импульса рентгеновского излучения 6-10 нс.Рекордность параметров. Ангара-5-1 является генератором импульсного рентгеновского излучения. Генерируемый Ангарой-5-1 рентгеновский импульс один из наибольших по энергии в мире среди лабораторных установок. Рентгеновский импульс с большей энергией создают только две установки в мире, расположенные в США, - ZR и Saturn. Она является наиболее мощным в России лабораторным генератором электрического импульса для сжатия лайнеров и Z пинчей. Это позволяет проводить эксперименты с наибольшей массой излучающих лайнеров, по сравнению с аналогичными установками. С увеличением массы лайнера становятся существенными эффекты самопоглощения рентгеновского излучения, генерируемого при сжатии лайнера. Эти эффекты являются одними из наиболее важных, среди тех которые определяют поток мощности на мишень. Построить подобную установку в настоящее время практически невозможно из-за ее высокой стоимости и длительного времени строительства и высокой сложности и несерийности уникального оборудования. Режим работы УСУ Ангара-5-1. Напряжение зарядки ГИН 55 кВ +/-1 кВ. Количество модулей в работе 8. Пуск ГИН – от систем БЗГ. Пуск коммутаторов ДФЛ от систем БЗК. Давление в рабочей камере не хуже 5*10-5 Торр. Рабочий газ в разрядниках ГИН Азот и 10% элегаз. Рабочий газ в коммутаторах ДФЛ элегаз. Напряжение падающей волны в водяных передающих линиях каждого модуля не менее 750 кВ. Полуширина импульса напряжения падающей волны в водяных передающих линиях не более 100 нс. На Ангаре-5-1 проводились междисциплинарные исследования по взаимодействию излучения с веществом, по возбуждению ядер изомеров электронным пучком и рентгеновским излучением, генерации импульсов нейтронов, возбуждения переходов в инертных газах рентгеновским излучением, по испытанию образцов ВТ, образцов покрытий космических аппаратов, изучению УРСов вещества в мегабарном диапазоне давления. УСУ Ангара-5-1 востребована международным и российским научным сообществом. На ней неоднократно проводились работы по контрактам с китайскими и американскими научными организациями.

Основные направления научных исследований, проводимых с использованием УНУ

  • проведение исследований по физике быстрых самосжатых разрядов сверхтераваттной мощности, динамике излучающей плазмы многозарядных ионов, проблеме инерциального управляемого синтеза;
  • исследований по уравнениям состояния вещества с высокой плотностью энергосодержания, ударным волнам, рентгеновской спектроскопии;
  • исследования по электрофизике генераторов сверхмощных электрических импульсов, разрабатываются физические схемы мощных импульсных источников рентгеновского и нейтронного излучения.

Наиболее значимые научные результаты исследований

- создан стенд для нанесения слоев металлов на проволочный лайнер на основе вакуумной напылительной установки. На основе технологий, разработанных в ГНЦ РФ ТРИНИТИ, разработан способ создания КПЛ с профилированным распределением погонной массы методом термического напыления; - создан стенд для ионного распыления материала проволок цилиндрического многопроволочного лайнера (ЦПЛ) из вольфрама в самостоятельном тлеющем газовом разряде. Интенсивность распыления массы с поверхности 20-ти проволок вольфрамового ЦПЛ в газовом разряде, которая составила 0,028±0,003 мкг/с. Показана возможность применения метода ионного распыления для неоднородного по длине проволок уменьшения диаметра проволок ЦПЛ из вольфрама. Результаты применения разработанного метода для уменьшения диаметра проволок ЦПЛ из вольфрама превосходят мировой научно-технический уровень разработок излучающих нагрузок по программе ИТС с Z-пинчевым драйвером. Метод используется для изготовления исходных ЦПЛ из вольфрама для КПЛ с профилированием линейной массы.- проведены двумерные расчеты имплозии вольфрамовых лайнеров с учетом явления длительного плазмообразования и диффузии излучения в многогрупповом приближении. Уточнены выражения для распределения погонной массы на основе численных и аналитических расчетов; - изготовлены экспериментальные образцы квазисферических проволочных лайнеров (КПЛ) с неоднородным распределением погонной массы. Образцы экспериментальных КПЛ с неоднородным распределением линейной массы соответствуют мировому научно-техническому уровню разработок излучающих нагрузок по программе ИТС с Z-пинчевым драйвером и отвечает требованию новизны, т.к. ссылки на результаты аналогичных разработок практически отсутствуют в отечественной и зарубежной научной литературе. Применяются на УСУ «Ангара-5-1» при изучении трехмерного сжатия;- подготовлены диагностические методики для определения компактности сжатия в центр квазисферического лайнера и оценки потока энергии в центре – рентгеновский кадровый ЭОП-регистратор. Проведены эксперименты по апробации диагностик с квазисферическими проволочными лайнерами; - впервые экспериментально показано, что при имплозии W-КПЛ и КМВЛ в опытах на установке «Ангара-5-1» при токе 2 – 3,5 МА и длительности фронта импульса тока 90 - 120 нс с помощью профилирования линейной массы проволок и волокон вдоль высоты лайнера и установки конических электродов реализовано близкое к сферически-симметричному трехмерное сжатие вещества лайнера магнитным полем и получены компактные плазменные сферические области, сильноизлучающие в диапазоне энергии фотонов МР-излучения;- впервые в опытах с КПЛ из металлизированных капроновых волокон (КМВЛ) получено экспериментальное подтверждение, что при имплозии КМВЛ и W-ЦПЛ с равной линейной массой при разрядном токе 2,5 МА средняя плотность МР-излучения в объеме плазмы КМВЛ в 5 раз превосходит соответствующее значение для W-ЦПЛ. Полученные данные отвечают требованию новизны, т.к. ссылки на подобные результаты отсутствуют в отечественных и зарубежных научных журналах по тематике выполненной НИР. Результаты экспериментов соответствуют мировому научно-техническому уровню передовых исследований по ИТС с применением Z-пинчевого энергетического драйвера. Результаты используются при оптимизации параметров перспективного мультитераваттного ИРИ на основе Z-пинча;- Проведена верификация РМГД кода MARPLE на основе сравнения с данными рентгеновских измерений на УСУ «Ангара-5-1». Результаты соответствуют современному мировому уровню развития численного моделирования имплозии квазисферических проволочных лайнеров из вольфрама по кодам “Gorgon” (Великобритания), “Lasnex” и “Alegra” (США). Код MARPLE с успехом применяется при определении исходных параметров излучающих КПЛ и КМВЛ для УСУ «Ангара-5-1»;- разработана новая диагностическая методика для определения пространственного распределения спектральной плотности в спектрах плазмы и размеров пинча при имплозии W-КПЛ по радиусу и высоте в диапазоне длин волн (20 – 800) Å. Методика использована для изучения компактности сжатия W-КПЛ и отвечает требованию новизны, т.к. сведений об подобном использовании не обнаружено в современных источниках информации по тематике по ИТС с Z –пинчевым энергетическим драйвером. Результаты экспериментов превышают мировой научно-технический уровень передовых исследований по ИТС с применением Z-пинчевого энергетического драйвера. Полученные знания по физике высокотемпературной плазмы применяются при разработке КПЛ и КМВЛ, предназначенных для создания мощного источника РИ.- выполнены расчетные оценки параметров КПЛ для электрофизических установок с током 25 МА. Линейная масса КПЛ из вольфрамовых проволок для имплозии током 25 МА в зависимости от величины его радиуса в пределах от 2 до 1 см должна изменяться в диапазоне от 2,85 мг/см до 5,65 мг/см, что соответствует числу проволок с профилированием линейной массы в исходном цилиндрическом лайнере от нескольких сотен до 1000 вольфрамовых проволок с диаметром 6 мкм в зависимости от радиуса КПЛ.- разработаны методы изготовления исходных цилиндрических лайнеров для КПЛ с током 25 МА. Изготовлены образцы таких лайнеров с числом вольфрамовых проволок 500-1000 для электрофизических установок мультитераваттной мощности. Метод изготовления исходных цилиндрических лайнеров для КПЛ для имплозии КПЛ с током 25 МА основан на изготовления проволочной спирали с шагом, равным расстоянию между проволоками в диапазоне 35 – 125 мкм, с использованием механического токарно-винторезного станка со специальным кинематическим устройством для уменьшения шага намотки до требуемого расстояния между винтами спирали. Точность поддержания межпроволочного расстояния для вольфрамовых проволок диаметром 12 мкм составляет 20 мкм.

142190, г. Троицк, ул. Пушковых, владение 12
📷

Перечень объектов в составе УНУ (3)

Наименование Изготовитель Страна Год выпуска Количество единиц
Система рентгеновской, оптической и электрофизической диагностик
Назначение, основные характеристики
АО ГНЦ РФ ТРИНИТИ Россия 1983 1
Комплекс информационно – измерительный управляющий (КИИУ)
Назначение, основные характеристики
АО ГНЦ РФ ТРИНИТИ Россия 1983 1
УСУ Ангара-5-1
Назначение, основные характеристики
НИИЭФА им. Д.В.Ефремова СССР (до 1991 года включительно) 1983 1

Услуги (1)

Для подачи заявки на оказание услуги щелкните по ее наименованию.
Наименование Приоритетное направление
Проведение пусков УСУ АНГАРА-5-1 и совместное использование эксперементальных данных
- наиболее востребованная услуга
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика

Возврат к списку


0 комментариев

Комментарии отсутствуют!

Вы можете оставить свое сообщение первым.

Написать комментарий