Development of Next-Generation Spherical Tokamak Concept. The Globus-3 Tokamak

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The concept of next-generation spherical tokamak is being considered: the Globus-3 project,
which, in its characteristics, is compatible with the infrastructure existing at the Ioffe Institute, but differs
from the currently operating Globus-M2 tokamak in the stronger toroidal magnetic field (1.5–3.0 T) and
increased duration of plasma discharge. The parametric analysis data are presented that determined the preliminary
selection of the facility parameters. Three options for the electromagnetic system were considered:
with the warm copper coils, with the pre-cooled copper coils and with the coils made of high-temperature
superconductors. For the first option, the concept for designing the electromagnetic system and vacuum vessel
of the facility has been developed. The basic shot scenario with duration of up to 3 s at the field of 1.5 T
and plasma current of 0.8 MA is presented.

About the authors

V. B. Minaev

Ioffe Institute, Russian Academy of Sciences

Email: Vladimir.Minaev@mail.ioffe.ru
Saint Petersburg, 194021 Russia

A. B. Mineev

JSC “Efremov Scientific Research Institute of Electrophysical Apparatus”(NIIEFA)

Email: Vladimir.Minaev@mail.ioffe.ru
Saint Petersburg, 196641 Russia

N. V. Sakharov

Ioffe Institute, Russian Academy of Sciences

Email: Vladimir.Minaev@mail.ioffe.ru
Saint Petersburg, 194021 Russia

Yu. V. Petrov

Ioffe Institute, Russian Academy of Sciences

Email: Vladimir.Minaev@mail.ioffe.ru
Saint Petersburg, 194021 Russia

N. N. Bakharev

Ioffe Institute, Russian Academy of Sciences

Email: Vladimir.Minaev@mail.ioffe.ru
Saint Petersburg, 194021 Russia

E. N. Bondarchuk

JSC “Efremov Scientific Research Institute of Electrophysical Apparatus”(NIIEFA)

Email: Vladimir.Minaev@mail.ioffe.ru
Saint Petersburg, 196641 Russia

A. V. Bondar

JSC “Efremov Scientific Research Institute of Electrophysical Apparatus”(NIIEFA)

Email: Vladimir.Minaev@mail.ioffe.ru
Saint Petersburg, 196641 Russia

V. I. Varfolomeev

Ioffe Institute, Russian Academy of Sciences

Email: Vladimir.Minaev@mail.ioffe.ru
Saint Petersburg, 194021 Russia

A. A. Voronova

JSC “Efremov Scientific Research Institute of Electrophysical Apparatus”(NIIEFA)

Email: Vladimir.Minaev@mail.ioffe.ru
Saint Petersburg, 196641 Russia

V. K. Gusev

Ioffe Institute, Russian Academy of Sciences

Email: Vladimir.Minaev@mail.ioffe.ru
Saint Petersburg, 194021 Russia

V. V. D’yachenko

Ioffe Institute, Russian Academy of Sciences

Email: Vladimir.Minaev@mail.ioffe.ru
Saint Petersburg, 194021 Russia

A. A. Kavin

JSC “Efremov Scientific Research Institute of Electrophysical Apparatus”(NIIEFA)

Email: Vladimir.Minaev@mail.ioffe.ru
Saint Petersburg, 194021 Russia

I. V. Kedrov

JSC “Efremov Scientific Research Institute of Electrophysical Apparatus”(NIIEFA)

Email: Vladimir.Minaev@mail.ioffe.ru
Saint Petersburg, 196641 Russia

A. Yu. Konin

JSC “Efremov Scientific Research Institute of Electrophysical Apparatus”(NIIEFA)

Email: Vladimir.Minaev@mail.ioffe.ru
Saint Petersburg, 196641 Russia

A. M. Kudryavtseva

JSC “Efremov Scientific Research Institute of Electrophysical Apparatus”(NIIEFA)

Email: Vladimir.Minaev@mail.ioffe.ru
Saint Petersburg, 196641 Russia

G. S. Kurskiev

Ioffe Institute, Russian Academy of Sciences

Email: Vladimir.Minaev@mail.ioffe.ru
Saint Petersburg, 194021 Russia

A. N. Labusov

JSC “Efremov Scientific Research Institute of Electrophysical Apparatus”(NIIEFA)

Email: Vladimir.Minaev@mail.ioffe.ru
Saint Petersburg, 196641 Russia

I. V. Miroshnikov

Ioffe Institute, Russian Academy of Sciences

Email: Vladimir.Minaev@mail.ioffe.ru
Saint Petersburg, 194021 Russia

I. Yu. Rodin

JSC “Efremov Scientific Research Institute of Electrophysical Apparatus”(NIIEFA)

Email: Vladimir.Minaev@mail.ioffe.ru
Saint Petersburg, 196641 Russia

V. N. Tanchuk

JSC “Efremov Scientific Research Institute of Electrophysical Apparatus”(NIIEFA)

Email: Vladimir.Minaev@mail.ioffe.ru
Saint Petersburg, 196641 Russia

V. A. Trofimov

JSC “Efremov Scientific Research Institute of Electrophysical Apparatus”(NIIEFA)

Email: Vladimir.Minaev@mail.ioffe.ru
Saint Petersburg, 196641 Russia

O. G. Filatov

JSC “Efremov Scientific Research Institute of Electrophysical Apparatus”(NIIEFA)

Email: Vladimir.Minaev@mail.ioffe.ru
Saint Petersburg, 196641 Russia

P. B. Shchegolev

Ioffe Institute, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: Vladimir.Minaev@mail.ioffe.ru
Saint Petersburg, 194021 Russia

References

  1. Valovic M., Akers R., Cunningham G., Garzotti L., Lloyd B., Muir D., Patel A., Taylor D., Turnyanskiy M., Walsh M. and the MAST team // Nucl. Fusion. 2009. V. 49. P. 075016. https://doi.org/10.1088/0029-5515/49/7/075016
  2. Kaye S.M., Bell M.G., Bell R.E., Fredrickson E.D., LeBlanc B.P., LeeK.C., Lynch S., Sabbagh S.A. // Nucl. Fusion. 2006. V. 46. P. 848.https://doi.org/10.1088/0029-5515/46/10/002
  3. Kurskiev G.S., Bakharev N.N., Bulanin V.V., Cherny-shev F.V., Gusev V.K., Khromov N.A., Kiselev E.O., Minaev V.B., Miroshnikov I.V., Mukhin E.E., Patrov M.I., Petrov A.V., Petrov Yu.V., Sakharov N.V., Shchegolev P.B., Sladkomedova A.D., Solokha V.V., Telnova A.Yu., Tolstyakov S.Yu., Tokarev V.A., Yashin A.Yu. // Nucl. Fusion. 2019. V. 59. P. 066032. https://doi.org/10.1088/1741-4326/ab15c5
  4. Minaev V.B., Gusev V.K., Sakharov N.V., Varfolomeev V.I., Bakharev N.N., Belyakov V.A., Bondarchuk E.N., Brunkov P.N., Chernyshev F.V., Davydenko V.I., Dyachen-ko V.V., Kavin A.A., Khitrov S.A., Khromov N.A., Kise-lev E.O., Konovalov A.N., Kornev V.A., Kurskiev G.S., Labusov A.N., Melnik A.D., Mineev A.B., Mironov M.I., Miroshnikov I.V., Patrov M.I., Petrov Yu.V., Rozhan-sky V.A., Saveliev A.N., Senichenkov I.Yu., Shchego-lev P.B., Shcherbinin O.N., Shikhovtsev I.V., Sladkomedova A.D., Solokha V.V., Tanchuk V.N., Telnova A.Yu., Tokarev V.A., Tolstyakov S.Yu., Zhilin E.G. // Nucl. Fusion. 2017. V. 57. P. 066047. https://doi.org/10.1088/1741-4326/aa69e0
  5. Минеев А.Б., Бондарчук Э.Н., Кавин А.А., Конин А.Ю., Родин И.Ю., Танчук В.Н., Филатов О.Г., Бахарев Н.Н., Жильцов Н.С., Курскиев Г.С., Киселев Е.О., Мина-ев В.Б., Сахаров Н В., Петров Ю.В., Тельнова А.Ю. // ВАНТ. Сер.: Термоядерный синтез. 2021. Т. 44. С. 37. https://doi.org/10.21517/0202-3822-2021-44-3-37-51
  6. Минеев А.Б., Бондарчук Э.Н., Кавин А.А., Конин А.Ю., Родин И.Ю., Танчук В.Н., Трофимов В.А., Фила-тов О.Г., Бахарев Н.Н., Жильцов Н.С., Курскиев Г.С., Киселев Е.О., Минаев В.Б., Сахаров Н.В., Пет-ров Ю.В., Тельнова А.Ю. // ВАНТ. Сер.: Термоядерный синтез. 2021. Т. 44. С. 43. https://doi.org/10.21517/0202-3822-2021-44-4-43-53
  7. Минеев А.Б., Минаев В.Б., Сахаров Н.В., Бахарев Н.Н., Бондарчук Э.Н., Воронова А.А., Глушаев А.М., Григорьев С.А., Гусев В.К., Жильцов Н.С., Запретилина Е.Р., Кавин А.А., Киселев Е.О., Конин А.Ю., Кудрявце-ва А.М., Курскиев Г.С., Лабусов А.Н., Петров Ю.В., Родин И.Ю., Танчук В.Н., Тельнова А.Ю., Трофи-мов В.А., Филатов О.Г. // ВАНТ. Сер.: Термоядерный синтез. 2022. Т. 45. С. 15. https://doi.org/10.21517/0202-3822-2022-45-2-15-36
  8. Kurskiev G.S., Miroshnikov I.V., Sakharov N.V., Gu-sev V.K., Petrov Yu.V., Minaev V.B., Balachenkov I.M., Bakharev N.N., Chernyshev F.V., Goryainov V.Yu., Ka-vin A.A., Khromov N.A., Kiselev E.O., Krikunov S.V., Lobanov K.M., Melnik A.D., Novokhatskii A.N., Filippov S.V., Zhiltsov N.S., Mineev A.B., Mukhin E.E, Pat-rov M.I., Petrov A.V., Ponomarenko A.M., Solokha V.V., Shulyatiev K.D., Shchegolev P.B., Skrekel O.M., Telno-va A.Yu., Tkachenko E.E, Tukhmeneva E.A., Toka-rev V.A., Tolstyakov S.Yu., Varfolomeev V.I., Voro-nin A.V., Yashin A.Yu., Solovey V.A., Zhilin E.G. // Nu-clear Fusion. 2022. V. 62. P. 104002.https://doi.org/10.1088/1741-4326/ac881d
  9. Курскиев Г.С., Сахаров Н.В., Гусев В.К., Минаев В.Б., Мирошников И.В., Петров Ю.В., Тельнова А.Ю., Бахарев Н.Н., Киселев Е.О., Жильцов Н.С., Щеголев П.Б., Балаченков И.М., Варфоломеев В.И., Воронин А.В., Горяинов В.Ю., Дьяченко В.В., Жилин Е.Г., Ильясо-ва М.В., Кавин А.А., Коновалов А.Н., Крикунов С.В., Лобанов К.М., Мельник А.Д., Минеев А.Б., Новохацкий А.Н., Патров М.И., Петров А.В., Пономарен-ко А.М., Скрекель О.М., Соловей В.А., Солоха В.В., Ткаченко Е.Е., Токарев В.А., Толстяков С.Ю., Тюхменева Е.А., Хилькевич Е.М., Хромов Н.А., Черны-шев Ф.В., Шевелев А.Е., Шулятьев К.Д., Яшин А.Ю. // Физика плазмы. 2023. Т. 49. С. 305. https://doi.org/10.31857/S0367292122601497
  10. Kurskiev G.S., Gusev V.K., Sakharov N.V., Petrov Yu.V., Bakharev N.N., Balachenkov I.M., Bazhenov A.N., Chernyshev F.V., Khromov N.A., Kiselev E.O., Kriku-nov S.V., Minaev V.B., Miroshnikov I.V., Novokhat-skii A.N., Zhiltsov N.S., Mukhin E.E., Patrov M.I., Shulyatiev K.D., Shchegolev P.B., Skrekel O.M., Telno-va A.Yu., Tkachenko E.E., Tukhmeneva E.A., Toka-rev V.A., Tolstyakov S.Yu., Varfolomeev V.I., Voronin A.V., Goryainov V.Yu., Bulanin V.V., Petrov A.V., Ponomaren-ko A.M., Yashin A.Yu., Kavin A.A., Zhilin E.G. and So-lovey V.A. // Nuclear Fusion. 2022. V. 62. P. 016011.https://doi.org/10.1088/1741-4326/ac38c9
  11. Хвостенко П.П., Анашкин И.О., Бондарчук Э.Н., Инютин Н.В., Крылов В.А., Левин И.В., Минеев А.Б., Соколов М.М. // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2019. Т. 42. С. 15. https://doi.org/10.21517/0202-3822-2019-42-1-15-38
  12. Красильников А.В., Коновалов С.В., Бондарчук Э.Н., Мазуль И.В., Родин И.Ю., Минеев А.Б., Кузьмин Е.Г., Кавин А.А., Карпов Д.А., Леонов В.М., Хайрутди-нов Р.Р., Кукушкин А.С., Портнов Д.В., Иванов А.А., Бельченко Ю.И., Денисов Г.Г. // Физика плазмы. 2021. Т. 47. С. 970.https://doi.org/10.31857/S0367292121110196
  13. Gusev V.K., Sakharov N.V., Shpeizman V.V., Korotkov V.A., Panin A.G., Soikin V.F., Kivivuori S.O.J., Helenius A.J., Somerkoski J.V.A., Heikkinen J.A. // Fusion Technology. 1998. V. 34. 9. P. 137.
  14. Gusev V.K., Alimov V.Kh., Arkhipov I.I., Ber B.Ya., Gorodetsky A.E., Khromov N.A., Kurdumov A.A., Lebedev V.M., Litunovsky N.V., Mazul I.V., Nikolaev Yu.A., Novo-khatsky A.N., Petrov Yu.V., Sakharov N.V., Terukov E.I., Trapeznikova I.N., Zakharov A.P., Zalavutdinov R.Kh. // Nuclear Fusion. 2009. V. 49. P. 095022. https://doi.org/10.1088/0029-5515/49/9/095022

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (996KB)
3.

Download (81KB)
4.

Download (272KB)
5.

Download (375KB)
6.

Download (526KB)
7.

Download (537KB)
8.

Download (78KB)
9.

Download (68KB)
10.

Download (351KB)

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences