Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ процессов формирования и транспортировки атомного пучка 14
1.1. Взаимодействие атомного пучка с плазмой токамака. 14
1.2. Формирование интенсивного ионного пучка 26
1.3. Нейтрализация ионного пучка 36
1.4. Транспортировка пучка 42
2. Исследования характеристик инжектируемого пучка 46
2.1. Ионные источники 49
2.2. Источник ИПМ-2 55
2.3. Источник ИПМ-1 69
2.4. Оптимизация параметров атомного пучка. 78
3. Инжектор установки Глобус-М 81
3.1. Конструкция и устройство инжектора 82
3.2. Система электропитания 92
3.3. Система управления и сбора данных 99
4. Технология подготовки инжектора 109
4.1. Методика подготовки ионных источников 111
4.2. Вывод инжектора на рабочий режим 114
5. Результаты по нагреву плазмы в установке Глобус-М 116
Заключение 123
- Формирование интенсивного ионного пучка
- Источник ИПМ-2
- Оптимизация параметров атомного пучка.
- Система управления и сбора данных
Введение к работе
Исследования в области управляемого термоядерного синтеза ставят многочисленные физические и технические задачи. Одной из самых сложных проблем, с которой сталкиваются при получении устойчивой, долгоживущей горячей плазмы, - это проблема введения в плазму мощности, необходимой для нагрева плазмы до термоядерной температуры, которая безусловно должна превышать мощность потерь из плазмы.
В установках токамак естественный нагрев плазмы осуществляется за счет джоулевого энерговыделения при протекании по плазменному шнуру тока большой величины. Однако, электрическое сопротивление плазмы с
Ч/У
ростом температуры уменьшается {R~ Т~ ) и, соответственно, плотность мощности омического нагрева (Pn=j R) падает при увеличении плотности тока за счет роста температуры. Кроме того, имеются ограничения на полный ток J в плазме, обусловленные критерием устойчивости Крускала-Шафранова, который гласит, что величина aBj/RoB^ не может быть менее 2 ввиду возникновения в плазменном шнуре МГД-неустойчивостей. В этой формуле Ro и а - размеры шнура, Вт - тороидальное магнитное поле, В9 -магнитное поле, создаваемое током плазмы У на краю шнура.
Ввиду сказанного омический (джоулев) нагрев плазмы становится малоэффективным при температурах выше нескольких кэВ, тогда как для зажигания термоядерной реакции требуются температуры свыше 10 кэВ. Следовательно, для того чтобы нагреть плазму до температуры зажигания, должны быть использованы дополнительные методы нагрева.
В настоящее время применяются различные способы получения высокой температуры плазмы. При этом нагрев плазмы инжекцией пучков быстрых атомов (нейтральная инжекция, NBI - в общепринятом английском сокращении) позволил на ряде установок токамак достичь температур в десятки кэВ. Эффективен также нагрев плазмы высокочастотными
4 электромагнитными волнами в нескольких частотных диапазонах (ЭЦР, ИЦР, НГР).
Инжекционный метод нагрева плазмы базируется на взаимодействии высокоэнергетичного атомного (водородного, дейтериевого или тритиевого) пучка с частицами плазмы. Получение атомного пучка возможно по двум схемам - через положительные или отрицательные ионы. В диссертационной работе рассмотрены ключевые положения метода нагрева плазмы на основе прямой перезарядки положительных ионов. Он предполагает генерацию пучка быстрых положительных ионов и последующее их нейтрализацию на газовой мишени. Формирование пучка быстрых ионов происходит при электростатическом ускорении ионов, образованных в газоразрядной плазме ионного источника.
Принципиальными моментами этого метода являются:
формирование высокоэнергетического ионного пучка;
преобразование ионного пучка в атомный;
транспортировка атомного пучка по тракту через магнитное поле в плазму;
взаимодействие высокоэнергетических (быстрых) атомов с плазмой и захват пучка;
- взаимодействие захваченных в плазменный шнур быстрых ионов с
тепловым электронам и ионам плазмы (термализация).
Ионные источники положительных ионов, применяемые в современных системах инжекции, различаются способом создания газоразрядной плазмы - эмиттера ионов. Среди них можно выделить следующие основные типы: дуоплазмотрон и его модификации: дуопигатрон [75-77,] и периплазматрон [78,79], источник без внешнего магнитного поля (ИБМ) [80-82] и источник с периферийным или мультипольным магнитным полем (ИПМ) [83-86]. В данной работе подробно описаны и исследованы
5 источники с периферийным магнитным полем ИПМ-1 и ИПМ-2, применяемые на установках Глобус-М и Туман-ЗМ.
Метод нагрева плазмы инжекцией мощных пучков быстрых атомов появился в начале 60-х годов для открытых магнитных ловушек [1,2,3], где он применялся как для нагрева, так и для накопления плазмы.
Именно благодаря использованию этого метода в конце 70-х годов были начаты активные эксперименты по интенсивному нагреву плазмы на ряде установок токамак [4,5,6]: АТС (Принстон, США), CLEO (Англия), ISX-В (США), ORMAK (Ок-Ридж, США), TFR (Фонтэнэ-о-Роз, Франция), Т-11 (Россия), DITE, PLT (Принстон).
«Термоядерный» уровень температуры ионов плазмы был впервые достигнут на установке PLT1 [7]. На установках Т-112 [8,9,10,11] и ISX-B3 [12,13], на которых мощность инжекции в несколько раз превосходила мощность омического нагрева, были получены высокие значения параметра Дг (величина /?г характеризует эффективность удержания плазмы в тороидальном магнитном поле Вт и равна отношению газокинетического давления плазмы <пТ> к давлению магнитного поля Вт2/8ж),
В 80-х годах были введены в работу ряд токамаков с инжекционными системами нагрева, наиболее мощные из которых были установлены на TFTR [17] в Принстоне, JET [18] в Калэме (Англия), JT-60[19] в Японии и DIII-D [20] в Сан - Диего (США).
Примечание: На PLT при мощности инжекции Р^в=2,8 МВт и плотности плазмы п— 4'1013см"3 Ті(0) в центре была увеличена от 1,5 кэВ (после омического нагрева) до ~7 кэВ. Температура Те(0) достигла 3,5 кэВ. По ионной теплопроводности был получен так называемый банановый или бесстолкновительный режим.
2 На Т-11 ^-2,5%, Ті(0) от 0,25 до 0,6 кэВ, Те(0) от 0,4 до 0,6 кэВ при Рлщ=0,6 МВт, п = 3"1013 см"3.
3На18Х-ВД~3%.
На этом этапе были превзойдены все прежние результаты благодаря лучшим условиям удержания и большому уровню вводимой мощности инжекции. На TFTR Р^в достигала 40 МВт и была получена ионная температура 30 кэВ при плотности плазмы около 31019 м"3 [21] (D-плазма). При таком уровне мощности инжекции обнаружено насыщение энергосодержания плазмы с ростом мощности инжекции. Такая зависимость обычно интерпретируется как ухудшение времени удержания плазмы.
На установке DIII-D, было достигнуто рекордное значение ^7-=12,5 % [22]. Применение инжекции позволило получить также новые режимы удержания плазмы, такие как «Н» мода (впервые на установке ASDEX [23] в Германии) и «supershot» режим (TFTR [21] в Принстоне).
Рекордное значение «термоядерного произведения»
nd(0)Ti(0)TE(0)~9'1020 m'3keVsec при NB мощности 17MW и рекордное значение ядерного выхода Q ог-0,8 в D:T (50:50) плазме было достигнуто в установке JET [24]. На этой установке инжекторы вводят в плазму дейтериевые и тритиевые атомные пучками [25,26].
На современном этапе работы по инжекции продолжаются на модернизированных JT-60U, ASDEX-U [32] и на вновь построенных установках. На JT-60U [30,31] благодаря инжекции N-NB (360 keV, 4MW, Is), P-NB (80-85 keV, 20 MW) и LH (1.5 MW), было получено рекордное значение безындукционного тока плазмы /сд = 1.68МА, а эффективность генерации тока составила ^co=1.5510I9Am"2WI при /Р=1.5МА, Te(0)=13keV, Tt(0)= 15 keV, ^=2.5, п = 3-1019м"3, r=5s, ВТ&ЪЛ Т. Была также подтверждена высокая эффективность преобразования пучка отрицательных ионов в атомный - 60%.
Характерной особенностью большинства новых установок является малое аспектное отношение А ~ 2 (A = R!a% большая вытянутость к > 1,7-2,0 (к = Ь/а) и треугольность S ~ 0,3-0,5 плазмы по сравнению с классическими
7 токамаками. В этих «крутых» токамаках, за счет большего запаса устойчивости плазмы q (q=B1/B(pA), рассчитывают получить более высокие предельные величины Рт и Ду [27,28] и соответственно большую эффективность удержания плазмы, чем в установках с большим значением А, Величина /?у есть коэффициент Трояна (/? нормализованное) связанное с /?г соотношением: /?г = /?у Ip/aBT = fiN IN.
Одно из направлений экспериментальных исследований плазмы — это так называемые сферические токамаки, имеющие наименьшее аспектное отношение (R/a <2). Это START [33] и MAST [34,35,36] (UK), NSTX и TST (USA), Глобус-М [37] (Россия). В экспериментах на сферических токамаках можно выделить следующие результаты [38]: fir *25%, / > 5, тЕ * 100 ms,
Вт* 0.5 Т, 1Р = 1Л МА, <«> »1.4 пагееп (0.8 1020 га"3),
4^*0.8, Цю*!.
Опыты по инжекционному нагреву, проведенные токамаках, показали в целом одинаковый характер процессов. Наблюдалось существенное увеличение температуры ионов 7) на фоне значительно меньшего изменения температуры электронов Те. Это свойство плазмы невысокой плотности ие=(1-4) 10 м" , в которой электроны и ионы слабо связаны между собой. В этих условиях потери энергии по электронному каналу значительно выше потерь по ионному каналу, а приток энергии в каждую из этих компонент примерно одинаков, поэтому ионы плазмы греются сильнее, чем электроны. При высокой плотности плазмы можно ожидать, что время обмена энергией между электронами и ионами станет меньше времени потерь по электронному каналу, и тогда прирост электронной температуры приблизится к приросту ионной.
Рост Ті оказался пропорциональным Р^в /п* В центре шнура на каждый кВт мощности Ті увеличивалась примерно на 1-2 эВ.
При инжекции наблюдалось увеличение плотности плазмы, понижение напряжение на обходе тора [7,9] за счет увеличения Ге, а также генерация тока захваченным пучком, продемонстрированная на установках: DITE [14,49], TFTR [50] - 0,34 МА при 11,5 MB NBI, DIII-D [51] - 0,35 MA при 10 MB NBI, JET [52] и JT-60U [53]. Зарегистрировано также тороидальное вращение плазмы до угловых скоростей порядка 150 крадсек1 [15, 16, 54-57].
Эксперименты по нагреву плазмы в токамаках с помощью инжекции быстрых атомов, проведенные на многих установках, показали, что энергичные захваченные ионы удерживаются в течение времени, достаточного для передачи энергии частицам плазмы, и что нагрев ионов плазмы до температуры зажигания действительно возможен.
Нагрев плазмы пучками нейтральных частиц, успешно продемонстрированный на большом числе установок, имеет ясные перспективы для реакторных приложений. Инжекция будет использоваться для достижения термоядерных температур, получения бесстолкновительной плазмы, генерации безындукционного тока, вращения плазмы (с целью повышения устойчивости), достижения предельной величины Д. С помощью инжекции можно надеяться на создание условий, достаточных для зажигания термоядерной реакции в токамаке, т.е. получить параметр удержания птЕ> 1,6' 10 м с. Для этого потребуются интенсивные ионные пучки с током порядка 100 А. Инжекцию предполагают использовать в ряде схем токамаков - реакторов.
В настоящее время разработан международный проект токамака -реактора ITER [58]. Основные параметры ITER:
Ro = 6.2 м, а - 2.0 м, Ь/а = 1.85, Вт= 5.3 Тл, 1Р - 15 МА.
В этой установке инжекцию должна обеспечивать не только нагрев плазмы, но и безындукционное поддержание тока, чтобы превратить токамак в стационарное устройство. Поддержание тока плазмы (после установления устойчивой плазменной конфигурации) будет обеспечиваться
9 за счет генерации тока захваченными быстрыми частицами, инжектированными в тороидальном направлении, и вкладом ВЧ-мощности в высокоэнергетичный продольный "хвост" функции распределения электронов плазмы.
В настоящее время основные направления исследований в мире нацелены на работы, поддерживающие программу ITER. Проект системы инжекции ITER предполагает использовать три инжектора (на начальном этапе два), предназначенных для нагрева и генерации тока (H&CD) и один диагностический инжектор (DNB). Каждый H&CD инжектор (имеет один ионный источник) будет вырабатывать нейтральный дейтериевый пучок мощностью 16.5 MW (общая мощность для трех 50 MW) с энергией 1 MeV (начальным ионным током 40 А) и будет способен работать в режиме длинных импульсов (до 3600 s при стационарной работе). H&CD инжектор основан на преобразовании пучка отрицательных ионов D" в атомный. Исходный поперечный размер пучка составит 1,54 х 0,58 м. Длина инжекционного тракта 23,5 м. В DNB инжекторе будут использоваться отрицательные ионы Н\ Энергия пучка 100 keV, ток (Н) 20 А, длительность импульсов до 3 s.
Примечание: Наиболее близкой к инжекционной системе H&CD ITER является N-NB система установки JT-60U, с проектными параметрами: 10 MW (500 keV, 22 А), 10 s, В настоящее время достигнут режим: 4 MW, 360 keV, 1 s.
Преимущества инжекции пучков быстрых атомов перед другими методами нагрева вытекают из высокой воспроизводимости экспериментальных результатов по нагреву плазмы и относительно прозрачной физики процессов, лежащих в основе этого метода.
Дополнительный вклад мощности пучками быстрых атомов позволяет значительно превзойти критическую плотность плазмы, характерную для режима омического нагрева. Кроме того, тангенциальная инжекция вдоль
10 направления тока плазмы приводит к возникновению дополнительного тока, что является существенным для создания токамака с большой длительностью импульса. Каких-либо неустойчивостей, вызываемых инжекцией, в экспериментах пока не обнаружено.
Главный недостаток систем с нейтральной инжекцией, основанных на нейтрализации положительно заряженных ионов, заключается в низкой эффективности его преобразования в атомный пучок при высокой энергии частиц, поскольку процесс обдирки быстрых атомов становится преобладающим над процессом перезарядки. Равновесный коэффициент преобразования ионов водорода при энергии 80 кэВ составляет лишь 0,2.
Пучок быстрых атомов требуемой для реакторной технологии интенсивности и энергии (-100 А и -I МэВ) может быть создан при использовании пучков отрицательно заряженных ионов. Такие ионы нейтрализуются в реакциях, происходящих с отрывом электрона. Эти реакции имеют достаточно большое сечение и при высоких энергиях.
Инжекция может приводить также к неблагоприятным эффектам. Очевидно, что какая-то доля пучка всегда будет попадать на стенку камеры, поэтому при инжекции может возрастать поток примесей, связанных с распылением стенки и десорбцией находящихся в ней газов.
Имеется также ряд проблем, связанных с ионными источниками:
отсутствие в разработанных источниках стационарного режима работы;
относительно низкая газовая эффективность;
Инжекционному методу нагрева плазмы на установках токамак уделяется в мире большое внимание и в настоящее время он достаточно подробно исследован и описан [39-45]. Однако в России такой опыт ограничен [4,46,47] - это работы, проводившиеся на установках Т-11 в начале 80-х [8-11] и Т-15 в начале 90-х [48] в ИЯС РНЦ «Курчатовский Институт». Созданные системы нейтральной инжекции на токамаках Глобус-М и Туман-ЗМ в ФТИ им. А.Ф. Иоффе, позволили возобновить исследования по
инжекционному нагреву плазмы в России после более чем 20-ти летнего перерыва [59-74]. С 2002 г. такие эксперименты начаты на установке Глобус-М и с 2004 г. на установке Туман-ЗМ. Предлагаемое в последующих главах диссертации подробное исследование свойств инжектора установки Глобус-М и возможностей его использования для нагрева плазмы является вполне актуальным (инжектор Тумана-ЗМ аналогичен инжектору установки Глобус-М).
Изучение поведения плазмы в режимах с высокими значениями /? является одним из основных направлений исследований в токамаках, поэтому на установке Глобус-М для нагрева плазмы и генерации неиндуктивного тока наряду с другими методами было решено использовать инжекцию пучков быстрых атомов. Для этой цели необходим атомный пучок мощностью ~1 МВт с энергией частиц 20-30 кэВ, длительностью 20 - 50 мс и эффективным размером пучка на входе в токамак не более 8x26 см. Инжектор нейтрального пучка, применявшийся на установке Токамак-11 (Т-11), в достаточной степени удовлетворял этим требованиям. В связи с этим в 1999г. для создания требуемой системы инжекции установки Глобус-М решили взять за основу один из двух инжекторов Т-11. (Второй инжектор Т-11 был применен для нагрева плазмы в токамаке Туман - ЗМ.)
Параметры сферического токамака Глобус-М: Ro=0,36 м, а=0,24 м, Ro/a=l,5, К=1,7, 6=0,3, Bt<0,6 Тл, 1Р<0,5 МА, пе<7-1019м'3, тимп=100мс. Проведенные численные расчеты [74] для этой установки показали возможную высокую эффективность поглощения мощности инжектируемого пучка, а также достаточность поглощенной в плазме мощности для получения плазмы с высокой величиной Д Геометрия эксперимента, параметры плазмы и энергия пучка при моделировании были оптимизированы для снижения потерь за счет пролета части атомов насквозь и за счет ухода ионов, попадающих на неудерживаемые орбиты.
Основное содержание настоящей диссертации составляют результаты экспериментальных исследований пучков быстрых атомов водорода и дейтерия и их применение для нагрева плазмы в сферическом токамаке Глобус-М.
Задачи, которые решались в процессе работы:
Выполнен анализ взаимодействия атомного пучка с плазмой токамака Глобус-М и показана возможность ее нагрева пучками быстрых атомов водорода и дейтерия.
Проведен анализ физических процессов формирования и транспортировки пучка быстрых атомов в токамак Глобус-М и выполнены расчеты основных параметров атомного пучка.
Разработан и введен в действие инжектор быстрых атомов с энергией частиц до 30 кэВ мощностью ~1 МВт при длительностью импульса 30 мс. При этом была доработана система электропитания инжектора Т-11 и разработана вновь система управления и автоматизированного сбора технологической и диагностической информации,
Проведено исследование характеристик модернизированных ионных источников ИПМ-1 и ИПМ-2 в расширенном диапазоне параметров (до 30 кэВ) и оптимизированы режимы их работы на водороде и на дейтерии.
Проведены эксперименты по инжекционному нагреву плазмы в установке Глобус-М и показана результативность этого метода.
Практическая ценность работы определяется, прежде всего, тем, что ее результаты могут быть использованы при разработке новых и модернизации существующих инжекционных систем (Т-15) термоядерных установок. Разработанное описание устройства инжектора установки Глобус-М и технологических процессов его подготовки в дальнейшем могут служить пособием для эффективной эксплуатации инжекторов быстрых атомов.
В результате проведенного исследования отработаны методики получения и оптимизации параметров пучка, измерения его характеристик, включая мощность пучка и профиль мощности. Применение предложенных методик и результаты оптимизации рабочих режимов позволит более эффективно использовать возможности инжектора в экспериментах по нагреву плазмы на установках Глобус-М и Туман-ЗМ.
Научная ценность работы состоит в том, что она дает новые возможности развития исследований по программе УТС в России.
Содержание работы изложено в пяти главах.
Во введении сделан краткий обзор экспериментальных результатов полученных на токамаках с инжекцией, изложены основные положения инжекционного метода нагрева плазмы и возможности его применения, обосновывается актуальность темы диссертационной работы, формулируется цель, научная новизна и практическая значимость полученных результатов.
В первой главе проведен анализ процессов формирования интенсивного ионного пучка, его нейтрализации, транспортировки атомного пучка и взаимодействия с плазмой токамака Глобус-М.
Вторая . глава посвящена исследованиям характеристик ионных источников и инжектируемого пучка, в ней представлено описание и результаты испытаний ионных источников ИПМ-1 и ИПМ-2, и оптимизации параметров пучков.
В третьей главе дано детальное описание устройства инжектора установки Глобус-М и приведены результаты разработки систем электропитания, управления и автоматизированного сбора данных.
В четвертой главе рассмотрена технология подготовки инжектора к работе и вывода на рабочий режим,
В пятой главе обсуждаются результаты экспериментов по нагреву плазмы, и дается сравнение с результатами численного моделирования нагрева.
В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.
Формирование интенсивного ионного пучка
Получение интенсивного, хорошо сфокусированного атомного пучка является основным исходным условием проведения экспериментов по нагреву плазмы в токамаке. Формирование ионного пучка происходит в ионном источнике (раздел 3.1), В нем создают газоразрядный плазменный эмиттер, с поверхности которого электрическое поле вытягивает, и ускоряет положительные ионы, и формируется сфокусированный высокоэнергичный ионный пучок. Качество вырабатываемого источником ионного пучка определяется параметрами плазмы разряда, геометрией ионно-оптической системы (ИОС) и величинами приложенных к электродам ИОС электрических потенциалов. Для получения интенсивного пучка с минимальной расходимостью требуется их тщательное согласование. Генерация ионного пучка происходит в результате совокупности происходящих одновременно физических процессов в ионном источнике: генерация плазмы в газоразрядной камере (ГРК), извлечение и формирование пучка в ИОС. Генерация плазмы в ГРК происходит в результате ионизации газа катодными и плазменными электронами, образующиеся при горении в рабочем газе диффузионного дугового разряда между накаленными катодами и холодным анодом. В результате следующих основных процессов получается водородная плазма, состоящая из ионов Я\ ІҐ2, tf3 атомов Н}, молекул И2 и электронов е: Энергия электронов, уровень прикладываемого напряжения и концентрация газа в ГРК определяют ток и напряжение разряда, и, соответственно, температуру ионов 7} и электронов Те плазмы. Характерная электронная температура для газового разряда составляет 5-10 эВ (Те Т$, Напуск газа и подача напряжения разряда производятся согласовано. Время горения дуги при существующей системе электропитания инжектора определяет длительность импульса пучка. Напуск газа осуществляется с упреждением 20 мс по отношению к началу разряда (рис.3.6), которое обусловлено быстродействием импульсного клапана и временем заполнения ГРК газом. Концентрация газа (щ 10 см" ) в ГРК зависит от начального давления в буферном объеме газо-напускной системы, проходного сечения игольчатого натекателя и пропускной способности эмиссионной решетки ИОС.
Расход газа может быть вычислен по формуле: Q = VAP/r; в которой V — объем камеры инжектора, а АР и т — прирост давления в инжекторе и длительность открытого состояния клапана. Обычно степень ионизации в разряде составляет нескольких процентов, а требуемая плотность плазмы «,- 1012-1013 см". Минимальное рабочее давление в ГРК, необходимое для зажигания разряда, 3"10"3торр. При этом давлении разряд обеспечивает поставку ионов на эмиссионную поверхность с плотностью тока водородных ионову+ до 0,5 А/см2. Величина J+ определяется плотностью тока эмиссии электронов с катода je (до 30 А/см2 1 ГУ при 3100/0 и массой ионов М+: je j+iM+Zme) , где те - масса электрона. Вследствие наличия в разряде ионов водорода трех масс эффективное значение (М+/те) составляет 55 43 - если бы в разряде присутствовали только атомарные ионы). Для дейтерия это число 78. Превышение значения J+ свыше 0,5 А/см приводит к преждевременному разрушению катодов. Стабильности горения разряда (при определенных электрических его параметрах) добиваются экспериментальным подбором расхода газа. Расход газа влияет также на однородность плазменного эмиттера, что в свою очередь определяет расходимость пучка. Из этих соображений выбирается оптимальный расход газа. В источниках ИПМ-1,2 при оптимальном расходе газа 5-\0л торр/с неоднородность плазмы на эмиссионной поверхности составляет менее 10%. Плотность ионного тока насыщения (/+) идущего из плазмы разряда на стенку (и на эмиссионный электрод ЭЭ также) задается выражением [90]: /Т" j+ 0,4 Є Пг J rr-, где е и М+- заряд и масса ионов. Основные проблемы при извлечении и формировании пучка в ИОС заключаются в том, чтобы формируемый пучок имел достаточную интенсивность, минимальный угол расходимости, небольшие потери на электродах, был свободен от аберраций и имел высокое содержание основной компоненты. Ионный пучок, извлекаемый из источника, представляет собой совокупность отдельных элементарных пучков (лучей), выходящих из каждой щелевой трехэлектродной ячейки (апертуры) ИОС (рис.1.10). Соответственно общий ионный ток в многоапертурной системе складывается из токов отдельных элементарных пучков. ИПМ-1 имеет 60 щелевых ячеек, а ИПМ-2 —42 (табл.1, р.2.1). Извлечение ионов с поверхности газоразрядной плазмы для формирования каждого элементарного пучка и их ускорение происходят под действием ускоряющего электрического поля, созданного в зазоре между ЭЭ и отрицательным ОЭ электродами за счет приложенной к ним разности потенциалов. Переходная зона между плазмой и пучком именуется плазменным слоем (мениском). Мениск является эквипотенциальной поверхностью, на ней отсутствует электрическое поле и ее потенциал равен потенциалу плазмы. Электроны первичной плазмы отражаются от этой границы и ускоряющим полем возвращаются в плазму ГРК. Электроны вторичной, нейтрализующей пучок плазмы, также не проникают в ИОС, ввиду наличия поля между заземленным и отрицательным электродами. Принцип формирования элементарного пучка в ИОС можно понять, представив ее как систему тонких электростатических линз [91]. Апертура первого электрода (эмиссионного) представляет собой фокусирующую линзу, а апертура второго (ускоряющего) электрода - дефокусирующую. 31 Углы 0± и 0\\, с которым ионы вылетают из ИОС, определяют расходимость пучка по вертикали (поперек щелей) и горизонтали (вдоль щелей). Исследование фокусирующих свойств однощелевой трехэлектродной ячейки [94] показало, что расходимость пучка поперек щелей в первую очередь зависит от положения и формы (кривизны) плазменного мениска и эмиссионной плотности ускоренных с этой границы ионов. Кривая зависимости угла расходимости Э±. от J+ имеет минимум.
Аберрация пучка определяется неоднородностью кривизны границы плазмы у края щели, а также «поперечной» температурой ускоряемых ионов (— 2 эВ). Суммарная расходимость имеет масштаб (1-1,5). Расходимость пучка вдоль щелей 0\\ составляет ± 0.6 и практически не зависит от j\. Это обусловлено тем, что граница плазмы вдоль щели мало искривлена (кроме краев). Расходимость определяется наличием у ионов, подходящих к границе плазмы, составляющей скорости, направленной перпендикулярно ЕусК. Оптимальное формирование пучка получается, когда граница плазмы опирается на ребро внутренней поверхности эмиссионного электрода и слегка вогнута. Выполненные расчеты формы и размеров каждой апертуры электродов определили указанный выше выбор щелей ИОС [94]. Расстояния между апертурами установлены из конструктивных соображений и определяют прозрачность эмиссионного электрода (48%). Максимальная плотность ионного тока, извлекаемого из плазмы, для плоского случая определяется законом Чайлда-Ленгмюра (закон «трех вторых») [92]: где U - разность потенциалов, ad- величина зазора между плазмой и ускоряющим электродом. В щелевой ИОС в отличии от плоского случая, пучок имеет ограниченный поперечный размер, определяемый шириной щели, а граница плазмы имеет форму цилиндрической поверхности. Из (1.2) также следует, что соотношение между плотностями ионного тока для водорода и дейтерия равно V2, т.е. корню из отношения их масс. Результаты экспериментального изучения свойств ИОС показывают, что каждой комбинации величины U и размера ускоряющего промежутка соответствует своя оптимальная плотность тока эмиссии j+"m, при которой угол расходимости поперек щелей минимален (± 1.5 для ИПМ), причем значение в±тт оказывается приблизительно одинаковым для широкого диапазона изменений /=0,1-0,4 см и /кк=10-35 кВ [94]: Здесь эффективный размер ускоряющего промежутка d = tj+ dj +S2, -толщина эмиссионного электрода, -размер промежутка между эмиссионным и отрицательным электродами, д2 полуширина щелевой апертуры отрицательного электрода. Коэффициент К 410" [94] для пучка протонов. В процессе оптимизации пучка ИПМ-2 (d}= 0,35 см) коэффициент К был уточнен и составил: для протонов 3,7 10", и 2,6 10" для дейтонов. Соотношение между коэффициентами в 1,4 раза, оно определяется массами ионов и согласуется с (1.2).
Источник ИПМ-2
В предварительных стендовых испытаниях ионного источника ИПМ-2, был изучен разряд в источнике и измерены характеристики ионного пучка на водороде. Максимальный ток разряда составил 1,2 кА (напряжение разряда около 70 В) при токе накала 950 А (напряжение на вводах катодов 10,2 В) и расходе рабочего газа 5 лторр/с. Длительность импульса разряда составляла 30 мс. Для получения ионного пучка с энергией 25 - 30 кэВ и наибольшим оптимальным током 30-35 А на водороде зазор в ионно-оптической системе между первыми двумя электродами был установлен равным 0,35 см. Перед получением пучка на стенде электроды ИОС были оттренированы высоким напряжением до 35 кВ. Последовательным наращиваем параметров разряда и величины ускоряющего напряжения был получен ионный ток 30 А при энергии 30 кэВ (мощность ионного пучка 900 кВт) в оптимальном по фокусировке режиме источника. Ток пучка оказался меньше номинального для данного зазора и ускоряющего напряжения (табл.1, разд.2.1). Поэтому после испытаний, когда этот ионный источник уже работал в составе инжектора установки Глобус-М, был проведен анализ состава использовавшегося на стенде рабочего газа. Анализ показал наличие в использовавшемся водороде до 15% тяжелых примесей. Пересчет на средний атомный вес образующихся в разрядной камере ионов согласуется со значением 30 А для полного ионного тока в оптимальном режиме. Использование чистого водорода в составе инжектора Глобус-М позволило довести значение оптимального ионного тока до 34 А при том же ускоряющем напряжении 30 кВ (рис.2.4 и 2.7). На стенде для измерений профиля ионного пучка применялась система вторично-эмиссионных зондов, установленных на приёмнике пучка, который находился на расстоянии 75 см от ионного источника. Нейтрализатор между ионным источником и приемником не устанавливался. Поперечный размер пучка на приёмнике на уровне сигналов 1/е составил 9 4 см2 при размере эмиссионной поверхности в ионном источнике 17,5x8 см2. Эта величина близка к расчетным значениям профиля пучка, полученным при заданных геометрических параметрах ионной оптики и паспортной кривизны решеток. Работа с источником ИГТМ-2 в составе инжектора проводилась поэтапно. Источник тренировался в соответствии с методикой изложенной в разделе 4.1 до напряжения 32 кВ. После тренировок был получен пучок на дейтерии, а затем были проведены эксперименты на водороде. Оба рабочих газа имели высокую степень чистоты.
Вначале в/в пробои существенно сокращали длительность импульса пучка. Длительная тренировка ионного источника пучком позволила постепенно довести продолжительность импульса до полной проектной длительности - 30 мс. Рост давления в камере инжектора во время импульсного напуска газа составлял 1,5 10 торр, а при закрытом шибере между камерой и ТМ насосом-1,8 10-4 торр (откачку отсекают для более точного определения расхода газа). Расход газа в ионном источнике рассчитанный по формуле (разд.1.2) равнялся 7 л-торр/с (при пересчете на давление водорода или дейтерия показания вакуумметра нужно умножать на два). Длительность напуска газа равнялась 60 мс, а давление газа в буферном объеме газовой системы составляло 1,5 атм. Необходимость увеличения (по сравнению с работой на стенде) расхода газа была обусловлена недостаточной степенью нейтрализации ионного пучка. Это показали зондовые измерения при отключенном и при включенном отклоняющем электромагните, которые нельзя было провести в стендовых условиях. Импульсный прогрев катодов источника проводился в течении 9 секунд при напряжении 10,5 В и токе 960 А. Форма импульса накала приведена на рис.2.2. Плавный подъем напряжения накала обеспечивается устройством питания. При этом нарастание тока накала вначале идет с большей скоростью из-за малого сопротивления непрогретых вольфрамовых катодов. После их интенсивного разогрева ток накала даже несколько спадает, несмотря на дальнейший подъем напряжения накала. Перед самым окончанием импульса накала включается разряд в ГРК (длительность 30 мс). В паузе между импульсами инжекции в накале поддерживается ток -50-100 А для снижения накопления газа в катодных «шпильках». Вольтамперные характеристики разряда в ГРК при фиксированном расходе для обоих типов рабочего газа представлены на рис.2.3. Как следует из рисунка, напряжение зажигания и горения разряда на дейтерии заметно ниже, чем на водороде. Напомним, что исследуемый источник впервые испытывался на дейтерии, ранее его характеристики на этом газе были неизвестны. Максимальное рабочее напряжение разряда на водороде несколько превышает 75 В (при допустимом токе разряда до 1250 А). Это напряжение зависит от напряжения (т.е. температуры) накала катодов. Напряжение разряда можно снизить за счет увеличения напряжения накала. Однако, при этом снижается ресурс работы (число рабочих импульсов) катодов. Для ускоряющего напряжения в интервале 20-30 кВ диапазон оптимальных рабочих токов разряда составил 900-1250 А. На рис.2.4. представлена компьютерная запись основных электротехнических параметров ионного источника ИПМ-2 в одном из самых мощных полученных импульсов пучка - импульс #17306/1183. Первое из чисел - номер записи собственно электротехнических параметров, а второе - номер записи данных зондовых измерений. За время импульса инжекции происходит небольшое уменьшение ускоряющего напряжения из-за разрядки питающего емкостного накопителя. Кроме того, газовый разряд в источнике не вполне стационарен - за время 30 мс заметно изменяется величина разрядного напряжения, несмотря на постоянство тока разряда. Обе причины вместе влияют на форму импульса вытягиваемого ионного тока и, следовательно, на фокусировку пучка, что показано на рис. 2.6. Тем не менее, вариации полной мощности атомного пучка, которая может быть введена в токамак, не очень велика - менее 10%. При указанных параметрах пучка проводились эксперименты по инжекционному нагреву плазмы [69]. Для зондовых измерений профиля плотности потока частиц в инжекторе используется подвижный приёмник пучка, который находится на расстоянии 1,5 л от ионного источника. Конструкция приёмника, схема размещения зондов и схема измерения профиля плотности потока частиц показана на рис.3.2. Применяемая система зондов позволяет контролировать профиль пучка как в вертикальном направлении, и так в трёх сечениях по горизонтали.
Измерения со вторично-эмиссионных зондов производятся при подаче на них отрицательного потенциала /=-40 В через нагрузочные сопротивления R: = 75 Ом относительно заземленной средней пластины (коллектора), при этом измеряется падение напряжения на Rz (U2=IZ RZ). Поток частиц пучка, попадая на каждый зонд через имеющиеся отверстия в первых двух пластинах, выбивает электроны вторичной эмиссии, которые за счет приложенной разности потенциалов улавливаются коллектором. Количество выбиваемых электронов определяется коэффициентом вторичный эмиссии к, который зависит от материала зонда, энергии и типа частицы. Роль поверхностных загрязнений при инжекции оказывает слабое влияние, т.к. быстрые частицы пучка, бомбардируя поверхность зонда, Вторичные электроны и ионы пучка, попавшие на данный зонд, совместно определяют ток нагрузки зонда (Iz = Sz JJ. Отметим, что атомы пучка также как ионы, выбивают вторичные электроны из зондов и создают соответствующий ток. Плотность тока нагрузки зонда jj определяется выражением (2.1). Полная плотность тока пучка равна сумме плотностей токов атомов и ионов: у ja +Л В случае подачи положительного потенциала 20 В на зонды будет попадать только ионный ток jt (2.2) (положительное смещение позволит исключить влияние вторичных электронов на измерения). Ток зонда при включенном электромагните (в пучке остаются только атомы) и отрицательном смещении будет равен: kja (2.3). Измерив j -, jJ , jf и решив систему из уравнений (2.1) - (2.3) можно найти jai ji и усредненное по энергии частиц пучка значение коэффициента вторичной эмиссии к для каждого зонда. Величину к, по-видимому, следует усреднить по всем зондам. Построив пространственные профили распределения ja и j{ можно найти долю тока атомной фракции в полном пучке f]0 =jj(ja +ji) как отношение соответствующих интегралов: Разработанная система автоматизированного сбора данных позволяет проводить математическую обработку на компьютере (она рассмотрена в разделе 2.4) полученных сигналов с зондов и оперативно построить трёхмерную картину распределения плотности потока частиц пучка на приёмнике и представить её экспериментатору.
Оптимизация параметров атомного пучка.
В процессе математической обработки данных зондовых измерений решается задача минимизации функции нескольких переменных. В качестве функции минимизации используется метод наименьших квадратов -статистический прием, с помощью которого неизвестные параметры модели оцениваются путем минимизации суммы квадратов отклонений фактических значений от расчетных. Программа DAS Function Minimize (DASMinimize) [96] определяет минимум функции для заданных границ параметров и набора входных данных. Экспериментальные данные со всех зондов непосредственно после сбора информации вводятся как исходные данные для расчетов. Кроме измеренного значения для каждого зонда можно указать его вес для учета в алгоритме минимизации. Результатом вычислений является построение трехмерной сглаженной поверхности по полученным в эксперименте сигналам и вывод набора расчетных параметров. В нашем случае рассматриваются приближение двухмерного гауссова распределения с различными по осям X и Y дисперсиями о"х и jys: но поскольку пучок вытянут по вертикали (вдоль оси Y) и имеет уплощенную вершину, эта функция была несколько модифицирована: К экспериментальным данным f(xt yt)(Xi и у І — координаты зондов, / — сигналы зондов в вольтах) с учетом весов Wj применяется метод наименьших квадратов: Найденные параметры распределения A,o-x, ry,xOtyO в точке минимума суммы квадратов отклонений между экспериментальными и расчетными значениями будут являться оптимальными. Исходя из найденных оптимальных параметров функции, для функции вычисляются следующие величины: Ро = А К— плотность мощности пучка на оси, здесь Я"- коэффициент пересчета сигнала зондов в плотность мощности; S(A,crxfcry,xO,yO) - минимальное значение суммы квадрата разности; SP = JS(A, rtxO,yQ)/N, - среднеквадратичное отклонение, где N число зондов; 6ХУс = 2д/2 т,, - размер пучка по ширине на уровне 1/е от максимума; вычисляется также размер пучка по высоте Л Yye - на уровне lie. В принципе, ведение в математическую обработку расчетного коэффициента вторичной эмиссии и величины площади зонда позволило бы пересчитать значения зондовых сигналов в абсолютную плотность тока пучка, а затем в плотность мощности ионного (атомного) пучка. Интеграл полученного распределения при этом определил бы полную мощность ионного (атомного) пучка. Однако, соответствующие расчеты сильно зависят от коэффициента вторичной эмиссии и на практике приходится пользоваться только относительными величинами. При этом расчетный интеграл мощности пучка калибруется по известной из показаний электротехники общей мощности ионного пучка.
Проводились контрольные построения горизонтального профиля пучка источника ИПМ-2, полученные при измерениях с одного и того же зонда путем пошагового смещения приемника по горизонтали от импульса к импульсу. Соответствующий профиль хорошо согласуются с профилем, полученным при математической обработке данных со всех зондов, снятых в течение одного импульса. Ширина пучка на уровне 1/е в обоих случаях составила 4 см. Предоставляемая расчетом возможность качественной оценки и оперативного сравнения получаемых вертикальных профилей пучка для различных режимов работы ионного источника позволяет достаточно быстро выйти на оптимальный режим его работы, при котором имеется хорошее согласование приложенного высокого напряжения с вытягиваемым из источника ионным током, а вертикальная расходимость пучка минимальна. Глава 3. Инжектор тока мака Глобус-М. Инжектор установки Глобус-М, - модернизированный вариант инжектора установки Т-11, способен генерировать атомный пучок с энергией частиц до 30 кэВ при длительности импульса 30 мс, максимальной мощностью 1,3 МВт при работе на водороде и 0,95 МВт на дейтерии [72]. Он позволяет проводить эксперименты по нагреву плазмы в токамаке Глобус-М с уровнем дополнительной мощности, превышающим омическую в два - три раза, что приведет к существенному повышению ее температуры и давления. Реализация его возможностей позволяет рассчитывать на получение режимов удержания плазмы с предельными значениями Дг Инжекторы установки Т-11 работали в ИЯС РНЦ «Курчатовский Институт» в течение ряда лет (1975-1983г.г.). После демонтажа установки Т-11 инжекторы много лет не использовались в экспериментах. За это время их ионные источники ИПМ-1, имевшие в качестве высоковольтного изоляторного узла стеклотекстолитовые пластины, склеенные между собой и с металлическими фланцами эпоксидной смолой, пришли в полную негодность. Была необходима существенная модернизация ионного источника с переходом на керамический изоляторный узел. Такая работа требовала значительного времени. Поэтому было решено начать монтаж и наладку инжектора в составе установки Глобус-М с работоспособным ионным источником ИПМ-2, сохранившимся от инжекторов установки ОГРА-4 ИЯС РНЦ «Курчатовский Институт».
Разумеется, его применение вызывало дополнительные переделки в тракте транспортировки пучка, обусловленные уменьшенными габаритами этого источника. Корпус инжектора был также доработан - уменьшен по высоте на 0,3 м с учетом того, что экваториальная плоскость установки Глобус-М ближе к полу экспериментального зала, чем соответствующая плоскость установки Т-11. Наряду с модернизацией ионного источника ИПМ-1 требовались модернизация системы электропитания инжектора и, главным образом, разработка новой автоматизированной системы управления и сбора данных взамен морально и физически устаревшей за два десятка лет. В течение трех лет на установке Глобус-М велись монтаж и наладка инжектора быстрых атомов [59-61], а в ИЯС РНЦ «Курчатовский Институт» - проектирование, модернизация и испытания ионных источников. В процессе проектирования было проведена разработка практически всех систем, обеспечивающих работу инжектора и некоторых его механических узлов. В конце 2002г. на установке Глобус-М инжектор был введен в эксплуатацию и проведены первые эксперименты по инжекционному нагреву плазмы [62-65]. В течение 2003 года инжектор в автономном режиме был подготовлен к полномасштабной работе [66-67]. В настоящее время инжектор быстрых атомов выведен на номинальные проектные параметры с использованием источника ИПМ-2 СРлщ=0,65 МВт) и продолжаются эксперименты по нагреву плазмы [68,69]. 3.1 Конструкция и устройство инжектора. В этом разделе описана конструкция, устройство и работа отдельных узлов и систем инжектора установки Глобус-М. Схематично инжектор изображен на рис. 3.1. Инжектор быстрых атомов имеет вакуумную камеру, внутри которой установлены нейтрализатор, электромагнит, приемники пучка, криосорбционный насос, снаружи к камере с одной стороны пристыкован ионный источник, с противоположной - атомопровод к токамаку. Основными узлами инжектора являются: корпус со встроенным криосорбционным насосом и ионный источник.
Система управления и сбора данных
Система управления и сбора данных инжектора Глобус-М была вновь разработана при непосредственном участи автора. Она позволяет дистанционно (из пультовой) управлять технологическими процессами подготовки и работы инжектора, осуществлять автоматизированный сбор информации и контролировать работу узлов инжектора. На рис.3.5. представлена упрощенная структурная схема системы управления и сбора данных. Система представляет собой аппаратно-программный комплекс. Она включает в себя подсистемы с автоматизированными рабочими местами (АРМ): - релейное управление и ввод уставок - АРМ 1; - таймирование и сбор аналоговой информации - АРМ2, АРМ4; - визуальный контроль параметров. Эти три рабочих места обслуживает один оператор инжекции. АРМЗ — одно из рабочих мест управления токамаком. Релейное управление (выдача релейных команд и сбор релейных сигналов) осуществляется с пульта инжектора с помощью блока управления. Этот блок выполнен в стандарте КАМАК на основе реле 8Э14 и РС22. Он позволяет дистанционно управлять электротехническими коммутационными устройствами и регистрировать состояние оборудования, описанного выше. С его помощью можно непосредственно управлять инжектором, как в ручном, так и в автоматизированном режиме работы. Для работы в автоматизированном режиме этот блок оборудован внешними разъемами сопряжения с программно управляемыми модулями. В этом случае команды управления подаются на блок с компьютера, а на компьютер поступает информация о состоянии инжектора. Нормальная работа инжектора требует обеспечения дистанционного управления зарядкой накопительных устройств: формирующей линии разряда, емкостных накопителей эмиссионного и отрицательных электродов. Кроме того, необходимо заранее установить требуемый уровень напряжения накала катодов в предстоящем импульсе. Значения этих параметров в основном определяют характеристики импульса инжекции. Ввод и контроль уставок (необходимых уровней) напряжений зарядки емкостных накопителей осуществляется с пульта управления вручную при помощи электроизмерительных контактных приборов МЗЗЗК. Такой прибор позволяет измерять и регулировать величину выставляемого напряжения. В состав прибора входит контактное устройство, которое непосредственно управляет зарядкой соответствующего емкостного накопителя. Уставки токов управления магнитным усилителем для питания накала катодов вводятся вручную с указанного выше блока управления. Контроль введенных уставок производится стрелочными приборами.
Релейное управление, ввод и контроль уставок осуществляется на автоматизированном рабочем месте АРМ1. Подсистема таймирования и сбора аналоговых сигналов обеспечивает включение и отключение импульсных систем питания инжектора и запись измеренных с помощью АЦП сигналов соответствии с заданной временной диаграммой (см. рис.3.6). Следует особо отметить, что временное согласование работы импульсных систем электропитания накала, газового клапана и разряда существенно влияет на параметры газового разряда и, следовательно, на характеристики пучка. Подсистема реализована на АРМ2, АРМЗ и АРМ4 (рис.3.5). В АРМ2 и АРМЗ размещены блоки синхронизации - БС (разработка ГПУ, С.-Петербург), которые представляют собой программно-управляемые модули на основе микропроцессоров фирмы Analog Devices, и конструктивно выполнены в стандарте дополнительной платы персонального компьютера. Работа с блоком позволяет программно вводить необходимые временные задержки и вырабатывать соответствующие синхроимпульсы и релейные команды двух типов Outl и Out2, в том числе для запуска сбора данных. Таймер блока синхронизации АРМ2 обеспечивает как автономную работу инжектора, так и совместную с токамаком работу. Сигналы уровня TTL преобразуются в импульсы и усиливаются блоком трансформаторной развязки (ТР) до уровня 10 В на согласованную нагрузку 50 Ом. Процесс подготовки данных и синхронизации взаимодействия программ комплекса следующий. К сигналам перечня Outl относятся запуски источников питания накала, отклоняющего электромагнита, гальванических развязок и т.п., цикл работы которых составляет несколько секунд. Сигналы перечня Out2 запускают устройства импульсного газонапуска, разряда и непосредственно определяют момент генерации пучка. #] В автономном режиме работы инжектора предусмотрены два способа запуска БС. Один из них производится от АРМ2. После загрузки программ и данных в БС дается сигнал «пуск», представляющий собой запись определенного кода в память микропроцессора (выполняется оператором через программный интерфейс) и блок начинает выдавать управляющие сигналы (Outl и Out2) в соответствии с заданной временной диаграммой. Второй вариант предполагает, что запись кода является разрешением на запуск, а «пуском» является внешний сигнал (от кнопки пульта). В случае управления инжектором совместно с токамаком сохраняются те же способы запуска, что и в автономном режиме. БС инжектора начинает вырабатывать управляющие сигналы Outl, один из которых является to разрешающим сигналом для модуля согласования фазы. Выходной сигнал модуля, привязанный к фазе сети, поступает на запускающий вход БС управления токамаком. (Время задержки выходного импульса по отношению к входному до 20 мс.) БС управления токамаком задает временную диаграмму работы различных систем токамака, в том числе и систем дополнительного нагрева. Один из его сигналов является вторым запускающим импульсом БС управления инжектором. После прихода этого импульса БС инжектора начинает генерировать сигналы перечня Out2, привязанные к моменту начала генерации пучка и продолжает выдавать сигналы управления перечня Outl.
Таким способом реализована синхронизация работы инжектора с разрядом токамака. Данные по формированию временных диаграмм инжектора и токамака загружаются в микропроцессоры БС по соответствующим сигналам «разрешения пуска». В случае отсутствия сигналов «пуск» на входах БС в течении одной минуты эти входы блокируются, снятие блокировки осуществляется повторной подачей команд «разрешения пуска». Применение сигналов «Авария» в настоящий момент не используется, однако при проектировании БС была заложена возможность изменения работы (временной диаграммы) при получении данных сигналов. Время реакции БС — не более 100 не. Подсистема автоматизированного сбора аналоговой информации позволяет контролировать, обрабатывать и архивировать данные о работе основных устройств инжектора, включая зондовые измерения профиля выходного пучка. Она состоит из набора датчиков измеряемых сигналов, комплекта волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), крейтов КАМАК, оборудованных крейт-контроллерами КК, блоками гальванической развязки (БГР-8), модулями аналого-цифровых преобразователей (АЦП) и модулем питания 40 В, а также двух компьютеров (PC), связанных между собой через локальную сеть. Комплект ВОЛС (разработка ТРИНИТИ) предназначен для гальванической развязки источников сигналов, находящихся под высоким потенциалом, и передачи этих сигналов на входы АЦП для оцифровки. Он состоит из двух 4-х канальных приемников в стандарте КАМАК, пластиковых волоконных кабелей и восьми передатчиков с аккумуляторным питанием. Питание передатчиков включается только на время измерений (-10 сек) по дополнительным волоконным кабелям. Уровни воспринимаемых сигналов ±0,1 В и ±1,0 В. На входе передатчиков при необходимости установлен согласующий делитель напряжения. Волоконные кабели обеспечивают высоковольтную развязку измеряемых сигналов. Полоса пропускания каналов ВОЛС составляет 10 кГц. Схема подключения ВОЛС для измерений параметров устройств электропитания накала катодов, разряда, эмиссионного электрода и отрицательного электрода ионного источника показана на рис.3.2. Блоки БГР-8, выполненные в виде модулей стандарта КАМАК, разработаны и изготовлены в ИЯС РКЦ КИ.
