Изучение радиационных потерь плазмы на токамаке КТМ

В процессе исследования были проведены экспериментальные пуски на токамаке КТМ. Была произведена калибровка пироэлектрического болометра в лабораторных условиях. Разработан алгоритм для вычисления мощности радиационных потерь. В работе представлены результаты экспериментальных работ на токамаке КТМ. Расчет и анализ экспериментальных работ.

Определения ……………………………………………………………………………………………. 13

Обозначения и сокращения ………………………………………………………………………. 14

Введение ………………………………………………………………………………………………….. 15

Глава 1. Изучение радиационных потерь плазмы на токамаках …………………. 17

1.1 Влияние радиационных потерь на удержание плазменного шнура ………. 18

1.2. Измерение радиационных потерь……………………………………………………….. 19

Глава 2. Диагностика радиационных потерь на токамаке КТМ …………………. 22

2.1 AXUV-диагностика …………………………………………………………………………….. 22

2.2 Пироэлектрический болометр……………………………………………………………… 24

2.3 Алгоритм расчета экспериментальных данных с пироболометра …………. 26

Глава 3. Экспериментальные исследования плазмы Токамака КТМ ………….. 28

3.1 Калибровка пироэлектрического болометра ………………………………………… 28

3.2 Проверка работоспособности пироэлектрического болометра …………….. 31

3.3 Плазменный разряд №3488 …………………………………………………………………. 33

3.4 Плазменный разряд №3490 …………………………………………………………………. 37

3.5 Плазменный разряд №3669 …………………………………………………………………. 40

Глава 4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение…………………………………………………………………………………… 44

4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения ……… 45

4.1.1 Анализ конкурентных технических решений ……………………………………. 45

4.1.2 SWOT-анализ …………………………………………………………………………………… 47

4.2 Планирование научно-исследовательских работ………………………………….. 48

4.2.1 Структура работ в рамках научного исследования ……………………………. 48
4.2.2 Определение трудоемкости выполнения работ и разработка графика
проведения ………………………………………………………………………………………………. 49

4.3 Бюджет научно-технического исследования ……………………………………….. 53

4.3.1 Расчет материальных затрат НТИ …………………………………………………….. 53

4.3.2 Расчет затрат на специальное оборудование для научных работ ……….. 54

4.4 Основная заработная плата исполнителей темы ………………………………….. 54

4.4.1 Дополнительная заработная плата исполнителей темы……………………… 56

4.5 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) ……………. 56

4.6 Накладные расходы…………………………………………………………………………….. 56

4.7 Расчет бюджетной стоимости ……………………………………………………………… 57

4.8 Определение ресурсной (ресурсосберегающей) эффективности
исследования ……………………………………………………………………………………………. 57

Выводы по разделу…………………………………………………………………………………… 60

Глава 5. Социальная ответственность ……………………………………………………….. 61

5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ……… 61

5.1.1 Специальные (характерные для рабочей зоны исследователя) правовые
нормы трудового законодательства ………………………………………………………….. 61

5.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны
исследователя ………………………………………………………………………………………….. 63

5.2 Производственная безопасность………………………………………………………….. 64

5.2.1 Анализ вредных и опасных факторов ……………………………………………….. 64

5.2.2.1 Отклонение показателей микроклимата …………………………………………. 65

5.2.2.2 Недостаточная освещенность рабочей зоны …………………………………… 66

5.2.2.3 Повышенный уровень шума ………………………………………………………….. 67

5.2.2.4 Повышенный уровень электромагнитного излучения …………………….. 67

5.2.2.5 Психофизиологические факторы …………………………………………………… 68
5.2.2.6 Поражение электрическим током …………………………………………………… 68

5.2.2.7 Пожаробезопасность на рабочем месте ………………………………………….. 69

5.2.3 Обоснование мероприятий по защите исследователя от действия опасных
и вредных факторов …………………………………………………………………………………. 70

5.2.3.1 Требования к помещениям для работы с ПЭВМ …………………………….. 70

5.2.3.2 Микроклимат ………………………………………………………………………………… 70

5.2.3.3 Недостаточная освещенность рабочей зоны …………………………………… 70

5.2.3.4 Повышенный уровень шума ………………………………………………………….. 71

5.2.3.5 Электромагнитные излучения (ЭМИ)…………………………………………….. 71

5.2.3.6 Психофизиологические факторы …………………………………………………… 71

5.2.3.7 Поражение электрическим током …………………………………………………… 72

5.2.3.8 Пожаробезопасность на рабочем месте ………………………………………….. 73

5.3 Экологическая безопасность ……………………………………………………………….. 73

5.3.1 Анализ возможного влияния объекта исследования на окружающую
среду ……………………………………………………………………………………………………….. 73

5.3.2 Анализ влияния процесса исследования на окружающую среду ……….. 73

5.3.3 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды ……………….. 74

5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………….. 74

5.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть на рабочем месте при
проведении исследований ………………………………………………………………………… 75

5.4.2 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка порядка
действия в случае возникновения ЧС ……………………………………………………….. 75

Выводы ……………………………………………………………………………………………………. 76

Заключение ……………………………………………………………………………………………… 77

Список использованной литературы …………………………………………………………. 78

ПРИЛОЖЕНИЕ А ……………………………………………………………………………………. 81
Определения

Плазма – частично или полностью ионизированный газ, образованный
из нейтральных атомов и заряженных частиц (ионов и электронов).
Термоядерная реакция – разновидность ядерной реакции, при которой
лёгкие атомные ядра объединяются в более тяжёлые за счёт кинетической
энергии их теплового движения.
Токамак – тороидальная установка для магнитного удержания плазмы
с целью достижения условий, необходимых для протекания управляемого
синтеза.
Диагностика плазмы – определение значений параметров плазмы,
характеризующих её состояние.
Радиационные потери плазмы – потери энергии плазмы, за счет её
излучения, обусловленная наличием примесей многозарядных ионов в
высокотемпературной плазме.
Пироэлектрический болометр – прибор для измерений энергии
излучения плазмы, основанный на принципе пироэлектричества.
Обозначения и сокращения

КТМ – казахстанский токамак материаловедческий
ИТЭР – интернациональный термоядерный экспериментальный реактор
AXUV – absolute extreme ultra violet
ФПУ – фотоприемное устройство
АЦП – аналогово-цифровой преобразователь
Пироболометр – пироэлектрический болометр
ЧЭ – чувствительный элемент

В рамках выполнения диссертации на соискание академической степени
магистра наук были изучены методы диагностики радиационных потерь
высокотемпературной плазмы на токамаке КТМ.
Проведены работы по настройке и калибровке пироэлектрического
болометра, вычислен нормировочный коэффициент связи между выходным
напряжением и мощностью излучения, принимаемой детектором, равный
69 В/Вт.
Выполнен сравнительный анализ экспериментальных данных по
характеристикам пусковых разрядов в аргоне и водороде, на основе которого
показано, что мощность радиационных потерь на токамаке КТМ не превышает
20% от мощности омического нагрева.
На основе проведенной работы можно сделать следующие выводы:
Разработанный алгоритм расчета полных радиационных потерь и в
дальнейшем будет использоваться для изучения процесса излучения плазмы
на токамаке КТМ.

Завершая изложение работы, хотелось бы выразить благодарность всем
коллегам, помогавшим мне в работе и оказавшим влияние на ее результаты.

1.Курнаев В.А. Стенд имитационных испытаний в сопровождение
исследований на токамаке КТМ (СИИ-КТМ). МИФИ, 2005.1
2.Национальный ядерный центр Республики Казахстан // nnc.kz URL:
ktm.nnc.kz (дата обращения: 25.05.2020).
3.Рютов Д.Д. Высокочастотные методы нагрева плазмы в тороидальных
термоядерных установках, M., 1986.
4.Ибляминова А.Д., Толстяков С.Ю. Применение болометров на основе
фотодиодов для измерения радиационных потерь плазмы токамаков //
Перспективы развития строительного комплекса. 2012. №Том: 1. С. 216-222.
5.Фэн Бэйюань Исследование плазмы токамака “Глобус-М” с помощью
болометрической диагностики: дис.канд. физико-математических наук:
01.04.04 – Физическая электроника. Санкт-Петербург, 2003.
6.Термины радиационных и плазменных технологий: учебное пособие /
В.П. Кривобоков. – Томск: Изд-во Томского Политехнического Университета,
2008 – 247 с.
7.Wesson J. Tokamaks / John Wesson, Campbell D.J.. – New York: Oxford
University Press Inc., 2004.
8.Вертипорох А.Н., Лукьянов С.Ю., Максимов Ю.С. Радиационные
потери на установке Т-10 // ИАЭ. 1979.
9.Schivell J., Renda G., Lowrance J. & Hsuan H. (1982). Bolometer for
Measurements on High-Temperature Plasmas. Review of Scientific Instruments ,
Vol.53, No.10, (Oct. 1982), pp.1527-1534, ISSN 0034-6748
10.Hsuan H., Bol K. & Ellis R.A. (1975). Measurement of the Energy Balance in
ATC Tokamak.Nuclear Fusion, Vol.15 (1975) pp. 657-661, ISSN 0029-5515.
11.Gray D.S., Luckhardt S.C., Chousal L., Gunner G., Kellman A.G. & Whyte
D.G., (2004) Time resolved radiated power during tokamak disruptions and spectral
averaging of AXUV photodiode response in DIII-DReview of Scientific
Instruments Vol. 75, No. 2 (Feburary 2004), pp. 376-381, ISSN 0034-6748.
12.Meister H., Giannone L, Horton L.D., Raupp G, Zeidner W., Grunda G.,
Kalvin S., Fischer U, Serikov A., Stickel S. & Reichle R. (2008) The ITER
bolometer diagnostic: Status and plans Review of Scientific Instruments Vol. 79,
(2008), pp. 10F511-10F516, ISSN 0034-6748.
13.Сивухин Д. В. Общий курс физики. М.: Наука, 1977. 688 с.
14.Кузьминов Ю.С. Ниобат и танталат лития. Материалы для нелинейной
оптики. М.: Наука, 1975. 224 с.
15.Трудовой кодекс Российской Федерации от 30.12.2001 N 197;
16.СанПиН2.2.2/2.4.1.1340-03.«Гигиеническимитребованиямик
персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы»;
утв. постановлением Госкомсанэпиднадзора РФ от 15.06.2003 г.
17.ГОСТ 12.0.003-2015. Система стандартов безопасности труда (ССБТ).
Опасныеивредныепроизводственныефакторы.Классификация.М.:
Стандартинформ, 2016
18.ГОСТ 12.0.003-74. Опасные и вредные производственные факторы.
Классификация – М.: ИПК Издательство стандартов, 1992. – 4 с.;
19.CанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиеническими требованиями к микроклимату
производственных помещений»; утв. Постановлением Госкомсанэпиднадзора
РФ от 13.06.2003 г.;
20.ГОСТ 12.1.003-83. Система стандартов безопасности труда. Шум.
Общие требования безопасности. – М.: Стандартинформ, 2008. – 11с.;
21.ГОСТ Р 12.1.009-2009. Система стандартов безопасности труда (ССБТ).
Электробезопасность. Термины и определения;
22.ГОСТ 12.1.038-82 ССБТ. Электробезопасность. Предельно допустимые
уровни напряжений прикосновения и токов.
23.ГОСТ 30494-2011. Здания жилые и общественные. Параметры
микроклимата в помещениях;
24.СП 60.13330.2016. Отопление, вентиляция и кондиционирование
воздуха.− М.: Минрегион России, 2016;
25.ГОСТ 12.4.120-83 Система стандартов безопасности труда. Средства
коллективной защиты от ионизирующих излучений. Общие технические
требования;
26.СП 51.13330.2011. Защита от шума. Актуализированная редакция СНиП
23-03-2003;
27.ГОСТ Р ИСО 9241-5-2009. Эргономические требования к проведению
офисных работ с использованием видеодисплейных терминалов (VDT).