Разработка сверхпроводящих магнитных систем индуктивных накопителей энергии и термоядерных установок

• Автор: Егоров, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 310 с. : ил.

Глава 1. Состояние разработок и проблемы создания сверхпроводящих индуктивных накопителей энергии (СПИН) и электромагнитных систем (ЭМС) термоядерных реакторов-токамаков

1.1. Развитие работ по созданию сверхпроводящих токамаков

1.2. Инженерные проблемы создания сверхпроводящих ЭМС токамаков следующего поколения
1.3. Возможности индуктивного метода накопления и преобразования энергии. Общие конструктивные черты СПИН различных типов

1.4. Основные конструктивные типы СПИН

1.4.1. СПИН для импульсных систем питания электрофизических установок

1.4.2. «Микро»-СПИН для применения в электроэнергетических сетях

1.4.3. Сетевые регуляторы мощности (СРМ) на основе СПИН среднего класса энергоемкостью 1О7-Ю|0Дж

1.4.4. Аккумулирующие электростанции (Ак Эс) на основе СПИН

Глава 2. Расчетные и экспериментальные исследования в обоснование выбора конструкции обмоточных сверхпроводников для СПИН и токамаков
2.1. Разработка методов расчета потерь энергии для применения при оптимизации конструкции обмоточных сверхпроводников
2.1.1. Принцип расчета кооперативных токов и потерь энергии в обмоточных сверхпроводниках на основе решения краевой задачи для металлокомпозиций
2.1.2. Анализ кооперативных потерь энергии и оптимизация конструкции сверхпроводящих многоволоконных проводов (СМП) и обмоточных кабелей
2.2. Расчетные и экспериментальные исследования некоторых аспектов стабилизации обмоточных сверхпроводников для СПИН и токамаков
2.2.1. Эмпирический метод расчета запаса стабильности сверхпроводников типа "кабель-в-оболочке" при равномерном распределении тока по жилам кабеля
2.2.2. Экспериментальные исследования деформации кабеля под действием пондеромоторных сил, потерь энергии на механический гистерезис и оценка уровня тепловых возмущений механической природы в обмоточных сверхпроводниках типа «кабель-в-оболочке»
2.2.3. Исследования по предотвращению деградации ЭМС с нестационарными магнитными полями, обусловленной неравномерностью распределения тока по жилам и субкабелям сверхпроводящего обмоточного кабеля
Глава 3. Разработка и создание сверхпроводящих компаундированных соленоидов с нестационарными магнитными полями, компонентов тепловой и электрической изоляции и высоковольтных криогенных токовводов для ЭМС СПИН и токамаков
3.1. Разработка компаундированных сверхпроводящих соленоидов с рабочей скоростью изменения магнитной индукции 1-2 Тл/с
3.2. Сверхпроводящая зарядная катушка плазмофизической установки 1ЛЭХ
3.3. Разработка высоковольтных криогенных токовводов для СПИН и ЭМС токамаков
3.4. Разработка компонентов тепловой и электрической изоляции ЭМС СПИН и токамаков
Глава 4. Разработка, изготовление и испытания модельной катушки-вставки с проводником тороидальной обмотки (КВПТО) ИТЭР
4.1. Международная Программа по созданию и испытаниям модельных катушек ИТЭР
4.2. Конструкция и изготовление КВПТО
4.3. Испытания КВПТО на международном стенде ИТЭР в Японии

Таблица
Характеристики СПИН на энергию 5000 МВт-час
Разработчик Япония Лос-Аламосская лаборатория (США)
Мощность 1000 1000
Конфигурация строительных 3 туннеля Траншея
сооружений в скальном грунте в обычном грунте
Диаметр, м 200 1000
Аспектное отношение, X од 0,02
Максимальное поле, Тл 8,4 5,0
Максимальный ток, кА 707
Сверхпроводник Nb3Sn NbTi
Температура криостатирования, К 4,2 1,8
К.п.д.,% 90
Общие капитальные затраты на 1,5 1,0
сооружение, млрд. долл. США, 1985 г. (3,0)* (2,0)**
Примечание: *) по оценкам США
**) по оценкам компании Bechtel, уточненным в 1993 г. по результатам разработки СПИН ЕТМ
2. Концепции и технологии сверхпроводниковых ЭМС, разработанные для ИТЭР, дают также возможность создания СПИН энергоемкостью до 1000-1500 МДж для применения в электроэнергетических сетях и системах. Создание СПИН большей энергоемкости представляется задачей более отдаленной перспективы.