nucВестник НЯЦ РКNNC RK Bulletin1729-75161729-7885Национальный ядерный центр Республики Казахстан10.52676/1729-7885-2025-3-183-191nuc-887Research ArticleСтатьиИСПЫТАНИЕ ВЧ-ГЕНЕРАТОРА СИСТЕМЫ ИЦР НАГРЕВА ПЛАЗМЫ ТОКАМАКА КТМ НА ЭКВИВАЛЕНТ АКТИВНОЙ НАГРУЗКИTESTING OF THE HF GENERATOR OF THE ICR PLASMA HEATING SYSTEM OF THE KTM TOKAMAK FOR AN EQUIVALENT ACTIVE LOADhttps://orcid.org/0000-0002-2994-0739ГулькинА. В.GulkinA. V.

Гулькин Александр Владимирович - начальник отдела ТЭИ.

Курчатов

Kurchatov

gulkin@nnc.kzЖенисК.ZhenisK.

Курчатов

Kurchatov

ЧектыбаевБ. Ж.ChektybaeyevB. Zh.

Курчатов

Kurchatov

КусаиновА. Т.KussainovA. T.

Курчатов

Kurchatov

СавкинВ. И.SavkinV. I.

Курчатов

Kurchatov

КотовС. В.KotovS. V.

Курчатов

Kurchatov

ЗарваД. Б.ZarvaD. B.

Курчатов

Kurchatov

МукеневаС. А.MukenevaS. A.

Курчатов

Kurchatov

КашикбаевЕ. А.KashikbayevE. A.

Курчатов

Kurchatov

ОльховикД. А.OlkhovikD. A.

Курчатов

Kurchatov

ГубинА. М.GubinA. M.

Санкт Петербург

Saint Petersburg

ГетманД. В.GetmanD. V.

Санкт Петербург

Saint Petersburg

РГП «Национальный ядерный центр Республики Казахстан»КазахстанRSE “National Nuclear Center of the Republic of Kazakhstan”KazakhstanФилиал «Институт атомной энергии» РГП НЯЦ РККазахстанBranch “Institute of Atomic Energy” RSE NNC RKKazakhstanНаучно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д.В. ЕфремоваРоссияJSC “NIIEFA”Russian Federation20252210202503183191Copyright © Гулькин А.В., Женис К., Чектыбаев Б.Ж., Кусаинов А.Т., Савкин В.И., Котов С.В., Зарва Д.Б., Мукенева С.А., Кашикбаев Е.А., Ольховик Д.А., Губин А.М., Гетман Д.В., 20252025Гулькин А.В., Женис К., Чектыбаев Б.Ж., Кусаинов А.Т., Савкин В.И., Котов С.В., Зарва Д.Б., Мукенева С.А., Кашикбаев Е.А., Ольховик Д.А., Губин А.М., Гетман Д.В.Gulkin A.V., Zhenis K., Chektybaeyev B.Z., Kussainov A.T., Savkin V.I., Kotov S.V., Zarva D.B., Mukeneva S.A., Kashikbayev E.A., Olkhovik D.A., Gubin A.M., Getman D.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journals.nnc.kz/jour/article/view/887

На большинстве токамаков для получения необходимых параметров плазмы таких как температура, время удержания и т.д. применяется дополнительный нагрев или дополнительный ввод мощности. Это позволяет решать актуальные научные задачи и проводить современные исследования. На токамаке КТМ дополнительный ввод мощности в плазму проектом предусмотрено реализовать с помощью ионно-циклотронного нагрева. Система дополнительного нагрева плазмы на КТМ состоит из четырех одинаковых высокочастотных генераторов по 2 МВт каждый. Других систем ввода дополнительной мощности и нагрева плазмы на токамаке КТМ не предусмотрено. Перед использованием таких систем в штатном режиме проводят отладочные работы и испытания с подключением эквивалентов нагрузки. В статье представлен расчет эквивалента активной нагрузки. По результатам расчёта определены форма и геометрические размеры, при которых обеспечивается поглощение до 300 кВт высокочастотной мощности. Определены габариты и основные параметры конструкции эквивалента нагрузки для системы дополнительного ВЧ нагрева плазмы токамака КТМ. Расчёты проводились исходя из допущения, что наиболее предпочтительным является создание эквивалента нагрузки в виде резонатора c поглотителем из солевого водного раствора. Также представлены экспериментальные результаты отладочных работ с использованием разработанного эквивалента активной нагрузки. Показано, что с разработанным эквивалентом нагрузки можно успешно выполнить необходимые испытание и настройки мощного генератора, подготовить систему ввода дополнительной мощности на токамаке КТМ к дальнейшим отладочным работам и включению на плазменную нагрузку.

In most tokamaks, additional heating or extra power input is used to achieve the necessary plasma parameters such as temperature, confinement time, etc. This makes it possible to address current scientific challenges and conduct advanced research. The KTM tokamak will implement additional power input into the plasma using ion-cyclotron heating, as specified in the design. The additional plasma heating system on the KTM consists of four identical high-frequency generators, each with a capacity of 2 MW. No other systems for additional power input and plasma heating are provided on the KTM tokamak. Before operating such systems in normal mode, debugging and testing are conducted using load equivalents. This article presents the calculation of an active load equivalent. Based on the calculation results, the shape and geometric dimensions that ensure the absorption of up to 300 kW of high-frequency power are determined. The dimensions and main parameters of the load equivalent design for the additional high-frequency plasma heating system of the KTM tokamak have been determined. The calculations were carried out based on the assumption that the most preferable option is to create the load equivalent in the form of a resonator with an absorber made of saline aqueous solution. Experimental results from debugging using the developed active load equivalent are also presented. It has been demonstrated that with the developed load equivalent, it is possible to successfully carry out the necessary tests and adjustments of a high-power generator, and to prepare the additional power input system on the KTM tokamak for further debugging and switching to operation under plasma load.

токамакКТМионно-циклотронный нагревмодуль антенныйэквивалент плазменной нагрузкиtokamakKTMion-cyclotron heatingantenna moduleload equivalentРабота выполнена при финансовой поддержке научно-технической программы «Научно-техническое обеспечение экспериментальных исследований на казахстанском материаловедческом токамаке КТМ» ИРН № BR23891779 Министерства энергетики Республики Казахстан, а также при поддержке гранта Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (Договор №112 от 24 июня 2024 года).ReferencesB. Chektybayev, I. Tazhibayeva, E. Batyrbekov, E. Kashykbayev, D. Olkhovik, D. Zarva, S. Zhunisbek, A. Duisen, A. Zhaksybayeva, A. Lee, V. Pavlov, V. Dokuka, R. Khayrutdinov Improvement of plasma discharge performance at KTM tokamak // Fusion Engineering and Design. – 2024. – Vol. 208. – Art. no.114684.B. Chektybayev, I. Tazhibayeva, E. Batyrbekov, E. Kashykbayev, D. Olkhovik, D. Zarva, S. Zhunisbek, A. Duisen, A. Zhaksybayeva, A. Lee, V. Pavlov, V. Dokuka, R. Khayrutdinov Improvement of plasma discharge performance at KTM tokamak // Fusion Engineering and Design. – 2024. – Vol. 208. – Art. no.114684.B. Chektybayev, S. Zhunisbek, I. Tazhibayeva, D. Olkhovik, E. Batyrbekov, D. Zarva, A. Korovikov, A. Lee, V. Pavlov, E. Kashikbayev, A. Zhaksybayeva, A. Duisen Overview of the first experiments at KTM tokamak to obtain plasma discharges // Fusion Engineering and Design. – 2023. – Vol. 194. – Art. no. 113847. ISSN 0920-3796, https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2023.113847B. Chektybayev, S. Zhunisbek, I. Tazhibayeva, D. Olkhovik, E. Batyrbekov, D. Zarva, A. Korovikov, A. Lee, V. Pavlov, E. Kashikbayev, A. Zhaksybayeva, A. Duisen Overview of the first experiments at KTM tokamak to obtain plasma discharges // Fusion Engineering and Design. – 2023. – Vol. 194. – Art. no. 113847. ISSN 0920-3796, https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2023.113847B. Chektybayev, A. Sadykov, E. Batyrbekov, A. Lee, V. Pavlov Study of breakdown and plasma formation in the KTM tokamak with the massive conductive vacuum chamber // Fusion Engineering and Design. – 2021. – Vol. 163. – Art. no. 112167.B. Chektybayev, A. Sadykov, E. Batyrbekov, A. Lee, V. Pavlov Study of breakdown and plasma formation in the KTM tokamak with the massive conductive vacuum chamber // Fusion Engineering and Design. – 2021. – Vol. 163. – Art. no. 112167.A.V. Gulkin et al. Optimization and preparation for the start-up of the plasma ICR heating system at the KTM tokamak // Fusion Engineering and Design Vol.206, (2024), 114596. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2024.114596A.V. Gulkin et al. Optimization and preparation for the start-up of the plasma ICR heating system at the KTM tokamak // Fusion Engineering and Design Vol.206, (2024), 114596. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2024.114596А. Н. Сатибеков и др. // Вестник. Серия физическая. – 2022. – Том 82. – № 3.A. N. Satibekov i dr. // Vestnik. Seriya fizicheskaya. – 2022. – Vol. 82. – No. 3. (In Russ.)M. J. Mantsinen et. al. // Nucl. Fusion, 2023. – Vol. 63. – P. 43–54. https://doi.org/10.1088/1741-4326/aceb08M. J. Mantsinen et. al. // Nucl. Fusion, 2023. – Vol. 63. – P. 43–54. https://doi.org/10.1088/1741-4326/aceb08E. Lerche et al. // Nucl. Fusion, 2016. – Vol. 56. – P. 134-141. http://doi.org/10.1088/0029-5515/56/3/036022E. Lerche et al. // Nucl. Fusion, 2016. – Vol. 56. – P. 134-141. http://doi.org/10.1088/0029-5515/56/3/036022A. Messiaen et al. // Fusion Engineering and Design. – 2005. – Vol. 74. – P. 367–375. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2005.06.201A. Messiaen et al. // Fusion Engineering and Design. – 2005. – Vol. 74. – P. 367–375. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2005.06.201QIN Chengming et. Al. // Plasma Science and Technology, 2015. – Vol. 17. – No. 2. – P. 1088–1100.QIN Chengming et. Al. // Plasma Science and Technology, 2015. – Vol. 17. – No. 2. – P. 1088–1100.Gian Luca Ravera et. al. // Proceedings of the 42nd European Microwave Conference, 2012. – Vol. 3. – No. 1. – P. 18–27.Gian Luca Ravera et. al. // Proceedings of the 42nd European Microwave Conference, 2012. – Vol. 3. – No. 1. – P. 18–27.Азизов Э.А., Гостев А.А., Брыков С.И., Гурьевич С.Г., Иванов В.Н., Подымов А.Н., Требич В.Д., Фрумкин Г.А., Губин А.М., Демидов В.Л., Середенко Е.В., Энгелько В.И., Шаповалов Г.В. ВЧ система дополнительного нагрева плазмы токамака КТМ // Индукционный нагрев. –2011. – № 1(15). – С. 28–31.Azizov E.A., Gostev A.A., Brykov S.I., Gur'evich S.G., Ivanov V.N., Podymov A.N., Trebich V.D., Frumkin G.A., Gubin A.M., Demidov V.L., Seredenko E.V., Engel'ko V.I., Shapovalov G.V. VCh sistema dopolnitel'nogo nagreva plazmy tokamaka KTM // Induktsionnyy nagrev. –2011. – No. 1(15). – P. 28–31. (In Russ.)Атабеков Г.И., Основы теории цепей / Учебник для вузов. – М.: «Энергия», 1969, 424 стр.Atabekov G.I., Osnovy teorii tsepey / Uchebnik dlya vuzov. – Moscow: “Energiya”, 1969, 424 p.Ye. O. Kazakov, I. V. Pavlenko, D. VanEester, B. Weyssow, I. O. Girka // Plasma Phys. Control. Fusion. – 2010. – Vol. 52. – Art. no. 115006. https://doi.org/10.1088/0741-3335/52/11/115006Ye. O. Kazakov, I. V. Pavlenko, D. VanEester, B. Weyssow, I. O. Girka // Plasma Phys. Control. Fusion. – 2010. – Vol. 52. – Art. no. 115006. https://doi.org/10.1088/0741-3335/52/11/115006Сазонов Д.М., Гридин А.Н., Мишустин Б.А., Устройства СВЧ, М.: «Высшая школа», 1981, 295 стр.Sazonov D.M., Gridin A.N., Mishustin B.A., Ustroystva SVCh, Moscow: “Vysshaya shkola”, 1981, 295 p. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.