Өзектілігі.
Осы бағдарлама қазақстандық материалтану токамагында эксперименттік зерттеулерді қамтамасыз етудің өзекті міндетін шешуге және болашақ термоядролық реакторлардың бірінші қабырғасының кандидаттық материалдарына сынақтар жүргізуге бағытталған.
Қазақстандық материалтану токамагы (КТМ) - энергетикалық термоядролық реактордағы (ТЯР) жұмысына сәйкес келетін жылу жүктемелері жағдайында конструкциялық және функционалдық материалдарды сынауға арналған әлемдегі жалғыз токамак. KTM токамагының әзірленуі және пайдалануға берілуі Қазақстанға болашақтың ең перспективалы және қауіпсіз энергетикалық технологиясы - бақыланатын термоядролық синтез (БТС) саласында озық зерттеулер жүргізуге қабілетті елдердің таңдаулы клубына қосылуға мүмкіндік берді.
Бағдарламаны іске асыру Қазақстанға әлемдегі ең технологиялық тұрғыдан дамыған елдердің біріне айналуға, ең перспективалы және қауіпсіз энергия технологиясы болатын басқарылатын термоядролық синтезге ие болуға және оны дамытуға мүмкіндік береді.
Бағдарлама шеңберінде келесі бағыттар бойынша ғылыми зерттеулер жүргізу жоспарлануда:
1. КТМ-де зерттеулер жүргізу әдістемелерін және материалдармен өзара әрекеттесу процесінде КТМ жоғары температуралы плазманың физикалық параметрлерін бақылау құралдарын пысықтау;
2. КТМ токамагы және болашақ термоядролық синтез реакторлары үшін жаңа технологиялар мен материалдарды әзірлеу және сынау;
3. Эксперименттер жүргізуді қамтамасыз ету үшін КТМ токамак жүйелерінің жұмыс режимдерін пысықтау, баптау және оңтайландыру.
Бағдарламаның бірінші бағыты шеңберінде плазманы омдық және ЖЖ-қыздыру режимдерінде КТМ токамагының плазмалық разрядын зерттеу, сондай-ақ КТМ токамагы үшін томсон шашырау диагностика жобасын әзірлеу жоспарлануда.
Зерттеу нәтижелері бойынша омдық және қосымша жоғары жиілікті қыздыру режимдерінде диверторлық конфигурациясы бар КТМ токамагындағы плазмалық разряд бойынша эксперименттік деректер алынады, сондай-ақ КТМ токамак плазмасындағы электрондардың температурасы мен тығыздығын өлшеу үшін томсондық шашырау диагностикасының (ТШД) техникалық жобасы әзірленеді және зертханалық жағдайларда томсон шашырау диагностикасын баптау және тестілеу бойынша деректер алынады.
Бағдарламаның екінші бағыты шеңберінде КТМ токамак және болашақ термоядролық синтез реакторлары үшін жаңа технологиялар мен материалдарды әзірлеу және сынау жоспарлануда.
Зерттеу нәтижелері бойынша термоядролық техниканың перспективалы материалдарының стендтік сынақтарының эксперименттік деректері, сондай-ақ молекулалық сәуленің газ-динамикалық көзі және импульстік плазмалық үдеткіш негізінде плазманы қоректендіру және сөндіру жүйесінің сынақтарының деректері алынады.
Бағдарламаның үшінші бағыты шеңберінде КТМ токамак плазмасын басқару жүйесін зерттеу, сондай-ақ КТМ токамак плазмасына қуат енгізу кезінде қосымша ЖЖ қыздыру жүйесінің жұмыс режимдерін зерттеу бойынша жұмыстар жүргізіледі.
Зерттеу нәтижелері бойынша плазманы басқару жүйесінің жұмысын оңтайландыру жүргізіледі және КТМ токамак плазмасына қуат енгізу кезінде қосымша ЖЖ қыздыру жүйесінің оңтайлы және тиімді жұмыс режимдері айқындалады.
Бағдарламаны орындау Қазақстан Республикасының отын-энергетикалық кешенін дамытудың 2030 жылға дейінгі тұжырымдамасында, Қазақстан Республикасында білім беруді және ғылымды дамытудың 2020-2025 жылдарға арналған мемлекеттік бағдарламасында және атом энергетикасы саласындағы басқа да стратегиялық бағдарламаларда айқындалған көрсеткіштерге қол жеткізуге мүмкіндік береді. Сондай-ақ, Бағдарламаны іске асыру Қазақстан Республикасы Энергетика министрлігінің Стратегиялық жоспарында айқындалған мақсаттарға және жоспарланған нысаналы индикаторларға қол жеткізуге ықпал ететін болады.
Бағдарлама барысында алынған нәтижелер алыс шет елдерден: Франция, Ұлыбритания, АҚШ, Италия, Испания, Германия, Жапония, Оңтүстік Корея және Қытайдан келген шетелдік инвесторлар үшін қызықты болады және оларды ТЯР технологияларын, әдістемелері мен материалдарын сынау жөніндегі бірлескен жұмыс бағдарламасын кейіннен іске асыру үшін тартуға мүмкіндік береді.
Бағдарлама шеңберінде КТМ қондырғысын жұмыс параметрлеріне шығаруға, сондай-ақ термоядролық реакторлардың бірінші қабырғасының перспективалық материалдарына материалтану зерттеулерін жүргізуге, басқарылатын термоядролық синтез технологияларын дамытуға бағытталған зерттеулер кешенін жүргізу жоспарлануда. Ғылыми-зерттеу жұмыстарын орындау барысында жоғары температуралы плазманы диагностикалаудың заманауи әдістері, сканерлеу және жарық өткізгіш электронды микроскопия, рентгендік құрылымдық және рентгендік фазалық талдау, материалдардың физика-механикалық қасиеттерін зерттеуге арналған кешен сияқты материалдарды зерттеу пайдаланылатын болады. Плазма – қабырға өзара әрекеттесуін және сутегі изотоптарының материалдармен өзара әрекеттесуін зерттеу үшін өткізгіштік, термодесорбциялық спектроскопия, дифференциалды сканерлеу калориметриясы, масс-спектрометриялық талдау және т. б. әдістері қолданылады.
Жүргізілген зерттеулердің нәтижелері рецензияланатын ғылыми журналдарда жарияланады және халықаралық конференцияларда ұсынылады. Сондай-ақ, зерттеулердің кейбір нәтижелері қорғау құжаты немесе дайын ғылыми-техникалық өнім түрінде ұсынылады.
Бағдарлама мақсаты:
КТМ токамагын пайдалануды әдістемелік және техникалық қамтамасыз ету және плазма физикасына зерттеулер жүргізу және термоядролық реактордың кандидаттық конструкциялық материалдарын кешенді сынау.
Күтілетін нәтижелер
Тікелей нәтижелер:
01 бағыты бойынша. КТМ-де зерттеулер жүргізу әдістемелерін және материалдармен өзара әрекеттесу процесінде КТМ жоғары температуралы плазманың физикалық параметрлерін бақылау құралдарын пысықтау:
2. КТМ токамагы плазмасындағы электрондардың температурасы мен тығыздығын өлшеуге арналған томсон шашырау диагностикасының (ТШД) техникалық жобасы.
02 бағыты бойынша. КТМ токамагы және болашақ термоядролық синтез реакторлары үшін жаңа технологиялар мен материалдарды әзірлеу және сынау:
1. Молекулалық сәуленің газ-динамикалық көзіне негізделген плазманы толықтыру және сөндіру үшін жасалған жүйенің, сондай-ақ импульстік плазмалық үдеткіш негізінде плазма тығыздығының өзгеру жүйесінің сынақ деректері;
03 бағыты бойынша. Эксперименттер жүргізуді қамтамасыз ету үшін КТМ токамагы жүйелерінің жұмыс режимдерін пысықтау, баптау және оңтайландыру:
1. Плазмалық баусымның тогын, пішінін, орналасуын басқару реттегіштерін оңтайландыру мақсатында КТМ токамагы плазмасын басқару жүйесін зерттеу деректері;
2. КТМ токамагы плазмасына қуат енгізу кезінде қосымша ЖЖ жылыту жүйесінің оңтайлы және ең тиімді жұмыс режимдері.
Қорытынды нәтиже:
- 2024 жылға: омдық қыздыру режимінде диверторлық конфигурациясы бар плазмалық разряд бойынша эксперименттік деректер алынады; КТМ токамагы үшін томсон шашырау диагностикасының тұжырымдамалық дизайны әзірленеді; КТМ токамагындағы плазманы толықтыру үшін ГДК жұмыс режимдерінің эксперименттік деректері алынады, бұл плазмалық баусымға қатысты ГДК оңтайлы орналасу мәндерін, электромагниттік клапанды ашудың оңтайлы ұзақтығын және ГДК беру желісіне жіберілетін газдың оңтайлы қысымын алуға мүмкіндік береді; литий ККЖ негізінде дивертор сегментінің жылжымалы модулінің конструкциясы, оны КТМ-де пайдалану үшін модульдің жұмыс режимдерін бақылау және басқару жүйелерінің қағидатты сұлбасы әзірленеді; вольфрамды инертті газдармен және дейтериймен дәйекті плазмалық сәулелендіру әдістемесі әзірленеді, эксперименттік жұмыстар мен сәулеленген вольфрам үлгілерінің беттерінің микроқұрылымдық зерттеулерінің нәтижелері алынады; сәулеленбеген күйдегі әртүрлі никель құрамы бар аустенитті болаттардың құрылымы мен физика-механикалық қасиеттерін, нейтрондық және иондық сәулеленуге арналған үлгілерді салыстырмалы зерттеу нәтижелері алынады; плазманы басқару жүйесінің (ПБЖ) омдық қыздыру режимі жұмысының тиімділігі бойынша эксперименттік деректер алынады; плазмалық жүктеменің эквиваленті әзірленеді;
- 2025 жылы: КТМ токамагының жұмыс параметрлері саласы бойынша эксперименттік деректер алынады; КТМ токамагының ТШД жұмыс жобасы әзірленді; плазманы толықтыру және сөндіру үшін оңтайлы параметрлерді (соплодан шекаралық плазмаға дейінгі қашықтық, газ ағынының берілу ұзақтығы және соплоның алдындағы газ беру қысымы) пайдалана отырып, ТШД жұмыс режимдерін пысықтау бойынша эксперименттік деректер алынады, эксперименттік зерттеулердің алынған нәтижелеріне талдау жүргізіледі; ДСМ жұмыс режимдерін бақылау және басқару жүйелерімен КТМ дивертор сегментінің жылжымалы модулі құрылады, стендтік жағдайларда дивертор сегментінің жылжымалы модулімен сынақтар жүргізу үшін әдістемелік ұсынымдар әзірленеді; аргон және дейтерий тізбегімен сәулеленген вольфрам үлгілерінен газ бөлінуінің тәуелділігі туралы деректер алынады, плазмалық сәулеленуден кейін вольфрам үлгілеріне микроқұрылымдық зерттеулер жүргізіледі; нейтрондармен сәулеленген аустенитті болаттардың үлгілері, нейтрондық сәулеленуден кейін никельдің құрамы әртүрлі аустенитті болаттардың құрылымы мен физика-механикалық қасиеттерін салыстырмалы зерттеу нәтижелері алынады; плазманы басқару жүйесі (ПБЖ) жұмысының тиімділігін арттыру бойынша техникалық ұсыныстар әзірленетін болады; қосылған плазмалық жүктеменің эквиваленті бар генераторды синхронды іске қосу және тұрақты жұмысы бойынша токамактың ЖЖ-жүйесін сынау режимдерін пысықтау бойынша эксперименттік деректер алынды;
- 2026 жылы: омдық және қосымша жоғары жиілікті қыздыру режимдерінде КТМ токамагының плазмалық разрядын зерттеу деректері алынады; плазмалық разрядқа қосымша ЖЖ қыздырудың әсері туралы эксперименттік деректер алынады; КТМ токамагы плазмасындағы электрондардың температурасы мен тығыздығын өлшеу үшін томсон шашырау диагностикасының (ТШД) техникалық жобасы әзірленеді; диагностиканы және оның элементтерін зертханалық жағдайда баптау және тестілеу бойынша деректер алынады; молекулалық шоқтың газ-динамикалық көзі негізінде жасалған плазманы толықтыру және сөндіру жүйесінің, сондай-ақ импульстік плазмалық үдеткіш (ИПҮ) негізінде плазманың тығыздығын өзгерту жүйесінің сынау деректері алынады; КТМ токамагында плазманы толықтыру және сөндіру үшін молекулалық газ ағынының газ-динамикалық көзін қолданудың оңтайлы мүмкіндігі туралы қорытынды алынады, конструкцияны таңдау және негіздеу, импульсті плазмалық үдеткіштің (ИПҮ) негізгі техникалық сипаттамалары жүргізіледі; литий ККЖ негізінде КТМ диверторы сегментінің жылжымалы модулі әзірленеді және стендтік жағдайларда ДСМ сынақтарының нәтижелері алынады, КТМ эксперименттерін жүргізу кезінде ДСМ термотұрақтандыру жүйесінің оңтайлы жұмыс режимдерін таңдау бойынша ұсыныстар әзірленеді; инертті газдар қоспасымен, төмен энергиялы дейтерий плазмасымен және аралас сутегі-гелий (Н + 10% Не)-вольфрам үлгілерінің плазмасымен дәйекті сәулелену жағдайында сутегі изотоптарының өзара әрекеттесу процестері туралы эксперименттік деректер алынады, вольфрам үлгілерінде дейтерийді оқшаулау және түсіру параметрлері анықталады, плазмалық сәулеленуден кейін вольфрам үлгілерінің беткі морфологиясына микроқұрылымдық зерттеулер жүргізіледі; гелий мен дейтерий тізбегімен cәулеленген вольфрам үлгілерінен газдың бөлінуіне тәуелділік туралы деректер алынады; нейтрондық және иондық сәулеленудің аустениттік болаттардың құрылымы мен қасиеттеріне - КТМ құрылымдық материалдарына әсері бойынша эксперименттік деректер алынады; иондармен сәулеленген әртүрлі никель құрамы бар аустениттік болаттардың үлгілері алынатын болады, иондық сәулелену нәтижесінде әртүрлі никель құрамы бар болаттардың құрылымы мен қасиеттерінің өзгерістері анықталады; плазмалық баусымның тогын, пішінін, орналасуын басқару реттегіштерін оңтайландыру мақсатында КТМ токамагы плазмасын басқару жүйесін зерттеу деректері алынады; оңтайландырылған плазманы басқару жүйесінің (ПБЖ) жұмысы туралы эксперименттік деректер алынады; КТМ токамагы плазмасына қуат енгізу кезінде қосымша ЖЖ қыздыру жүйесінің оңтайлы және ең тиімді жұмыс режимдері алынады; плазмаға қуат енгізу кезінде плазманы қосымша ЖЖ қыздыру жүйесінің генераторының жұмысы бойынша эксперименттік деректер алынады.
Бағдарламаны іске асырудың барлық кезеңінде жарияланады:
- Web of Science базасында 1 (бірінші), 2 (екінші) немесе 3 (үшінші) квартилге кіретін және (немесе) Scopus базасында Cite Score бойынша 40-тан (қырық) кем емес процентилі бар бағдарламаның ғылыми бағыты бойынша рецензияланатын ғылыми басылымдарда 4 -тен (төрт) кем емес мақала және/немесе шолулар;
- немесе Web of Science базасында 1 (бірінші), 2 (екінші) немесе 3 (үшінші) квартилге кіретін және (немесе) Scopus базасында Cite Score бойынша 40-тан (қырық) кем емес процентилі бар рецензияланатын ғылыми басылымдарда 3-тен (үш) кем емес мақала және/немесе шолулар және Derwent Innovation – Clarivate Analytics дерекқорына енгізілген 1-ден (бір) шетелдік немесе халықаралық патент;
-сондай-ақ нөлдік емес импакт-факторы бар (ҒЖБССҚК ұсынған) рецензияланатын шетелдік және (немесе) отандық басылымда 5-тен (бес) кем емес мақала;
- өнертабысқа 2-ден (екі) кем емес патенттер (авторлық құқық объектісіне арналған куәлік) немесе «ҰЗМИ» РМК-ға берілген өнертабысқа 3 өтінім.
ҒЗЖ негізгі нәтижелері
«ҚТМ қазақстандық материалтану токамагында эксперименттік зерттеулерді ғылыми-техникалық қамтамасыз ету» бағдарламасы бойынша жұмыстарды орындау кезінде 2024 жылы келесі маңызды нәтижелер алынды:
1) Омдық қыздыру режимінде диверторлық конфигурациясы бар КТМ токамагының плазмалық разряды бойынша эксперименттік деректер алынды. Алғаш рет вертикаль бойынша созыңқылығы К = 1,7 диверторлық конфигурациясы бар тұрақты плазмалық разрядтарға қол жеткізілді. Орталық соленоидта 25 кА токпен басталатын разрядтар алғаш рет алынды, бұл индуктордағы полоидты ағынның толық қоры пайдалануына мүмкіндік берді. Бұл нәтижелер плазма параметрлерін оңтайландыруға және одан әрі номиналды параметрлері бар разрядттарды алуға мүмкіндік берді.
2) Томсон шашырау диагностикасын әзірлеу кезінде КТМ токамагының конструкциялық ерекшеліктерін ескеретін плазмалық зондтау және шашырау лазерлік сәулеленуді жинау сұлбалары ұсынылды. КТМ токамагына томсон шашырау диагностикасының әзірленген тұжырымдамалық дизайнының алдын ала бағалаулары температура мен тығыздықтың кеңістіктік таралуын өлшеу үшін Глобус-M2 токамактарында қолданылатын параметрлерге ұқсас спектрлік құралдарды пайдалануға болатынын көрсетеді.
3) Болашақта плазма тығыздығын тұрақтандыру мақсатында 10, 20 және 40 бар қысымда КТМ токамагында ГДК сынақтары жүргізілді. ГДК жұмыс режимдері бойынша алынған эксперименттік деректері реттеуші импульстің ұзақтығының 20 мс-тан аз өзгеруі газ ағынының пропорционалды өзгеруіне әкелмейтінін көрсетті, бұл клапанды одан әрі оңтайландыруды қажет етеді. 2025 жылы газ ағынын басқарудың дәлдігін жақсарту үшін соленоидты клапанды пьезоэлектрлік клапанға ауыстыру жоспарлануда.
4) Литий ККЖ-мен КТМ токамагының диверторлық элементтерін сынау шеңберінде бірқатар негізгі әзірлемелер жүргізілді, атап айтқанда литий ККЖ негізінде дивертор сегментінің жылжымалы модулінің конструкциясы және оны КТМ-де пайдалану үшін модульдің жұмыс режимдерін бақылау және басқару жүйелерінің қағидалық сұлбасы. Зерттеу нәтижелеріне сүйене отырып, дивертор сегменті модулінің (ДСМ) оңтайлы формасы таңдалды – конус тәрізді, бұл жылу ағынының мөлшерін тиімді өзгертуге мүмкіндік береді. Модульдің негізгі геометриялық параметрлері анықталды, бұл оның жоғары жылу жүктемелері жағдайында тұрақты жұмысын қамтамасыз етеді. Сұйық металмен (литий немесе оның қорытпалары) толтырылған молибден торына негізделген жылжымалы модульдің конструкциясы да таңдалды, бұл диверторлық элементтердің плазмалық әсерге төзімділігін арттырады. Сонымен қатар, токамактың жұмыс жағдайында модульді тиімді басқаруды қамтамасыз ететін қозғалысты басқарудың вакуумдық жүйелеріне талдау жүргізілді.
5) Вольфрам үлгілерін әртүрлі потенциалдардағы дейтерий плазмасымен сәулелендіру бойынша эксперименттік жұмыстардың нәтижелері алынды, бұл зондтық диагностика мен оптикалық-эмиссиялық спектроскопиямен расталатын аз кернеу мәндерінде плазманың концентрациясы жоғары екенін көрсетті. Сәулеленген вольфрам үлгілерінің бетін микроқұрылымдық зерттеу нәтижелері бойынша вольфрамның аргон плазмасымен сәулеленуі блистердің түзілуінің төмендеуіне әкелгені анықталды, ал гелий плазмасы, керісінше, олардың көбеюіне ықпал етті. Сонымен қатар, гелий сәулеленуінен кейін тән вольфрамдық «мамық» байқалмады, бірақ толқынды құрылым тіркелді. Жүргізілген теориялық және эксперименттік жұмыстардың нәтижелері бойынша вольфрамды инертті газдармен және дейтериймен дәйекті плазмалық сәулелендіру әдістемесі әзірленіп, енгізілді.
6) Құрамында никель мөлшері әртүрлі аустениттік болаттардың - 12Х18Н10Т болаттың (КТМ материалы) және AISI 304 және AISI 316 болаттарының – құрылымын мен физика – механикалық қасиеттерін зерттеу нәтижелері алынды. Аустенит түйіршіктерінің микроқұрылымында аунақша арқылы суық деформация нәтижесінде фрагментация және қатты ақаулы бұрмаланулар пайда болатыны анықталды: қыртыс, күрделі төменгі құрылымы, дислокациялық торлар, деформация қосарлануының пайда болуы. Деформация мартенситінің пайда болуына байланысты болаттың фазалық құрамының өзгеруі байқалды. Зерттелетін материалдарға аустенизация жүргізілді, алынған құрылым зерттелді. AISI 304 және 12X18N10T болаттарын термиялық өңдеу нәтижесінде феррит мөлшері нөлге тең іс жүзінде 100% аустениттік құрылым түзілгені анықталды, бұл магнитометриялық өлшеулермен расталды. Түйіршіктің мөлшері ~45-50 мкм болды. Денеде және түйіршіктің шекараларында наноөлшемді қосындылар байқалады. Алынған нәтижелерді ескере отырып, 2025-2026 жылдары нейтронды және иондық сәулелену үшін вакуум жағдайында алдын ала аустенизацияланған болаттардың 180 үлгісі дайындалды. Бөлме температурасында AISI 304 және 12Х18Н10Т болаттарының механикалық сынақтары никельдің төмендеуімен (8% - ға дейін) сипатталатын AISI 304 болатының ең үлкен икемділікке ие екенін көрсетті. Деформациядан кейінгі микроқұрылымды зерттеу үшін жарық өткізгіш электронды микроскопия мартенситтік α'-фазасы үлгілерде жылжу жолақтарының қиылысында пайда болатынын көрсетті.
7) Омдық қыздыру режимінде плазманы басқару жүйесінің (ПБЖ) тиімділігі бойынша жүргізілген эксперименттер нәтижесінде PF1 және PF4 катушкалары HFC катушкасымен салыстырғанда плазманың тік күйін басқаруда айтарлықтай жоғары тиімділікке ие екендігі анықталды, дегенмен HFC тік ығысуларды (VDE) алдын алу үшін жеткілікті басқару аймағын қамтамасыз етеді. КТМ токамагының полоидты жүйесі плазма орналасуын 750 кА дейінгі токта және 1,7 дейінгі созыңқылықта тиімді басқаруға мүмкіндік береді. Алайда, 1,6-ға тең созыңқылығы бар разрядтарда анықталған ақаулар қолданыстағы басқару жүйесінің тиімсіздігімен немесе разряд сценарийлеріндегі қателіктерге байланысты болуы мүмкін. Ықтимал себептерге реттегіштердің сәтсіз параметрлері немесе плазманың тік күйін диагностикалаудағы қателер жатады.
8) Есептеулер нәтижесінде плазмалық жүктеме эквиваленті үшін екі оңтайлы конструкция нұсқасы таңдалды: бір болат багы бар резонатор және сыртқы болат экраны бар диэлектрлік ыдыстағы су-тұз сіңіргіш бар резонатор. Сіңіргіштің оңтайлы формасы антенна модулін қайталайтын контуры бар параллелепипедтің формасы болып анықталды. Үлкен ЭПН үшін ЖЖ қуатын максималды сіңіруді (99% дейін) және жоғары сапалылықты қамтамасыз ететін конструкция жасалды, бұл автотербелмелі генератордың тұрақты жұмыс істеуіне мүмкіндік береді. Плазма кедергісіне жақын кедергісі бар шағын ЭПН антенна модуліне сәйкестендіруге арналған, бірақ ол плазма толқынын сіңіруде тиімділігі төмен.
Осы бағдарлама бойынша зерттеу тобына 2 ғылым докторы, 9 PhD, 3 ғылым кандидаты, 8 аспирант және докторант, 10 магистр, 1 магистрант кіреді. Жас ғалымдар мен мамандардың саны (35 жасқа дейін) 25 адамды құрайды.
Жұмыс нәтижелері бойынша 2024 жылы 15 жарияланым шығарылды, оның ішінде 8 ғылыми мақала.
«ҚТМ қазақстандық материалтану токамагында эксперименттік зерттеулерді ғылыми-техникалық қамтамасыз ету» бағдарламасы бойынша жұмыстарды орындау кезінде 2025 жылы келесі маңызды нәтижелер алынды:
1) Номиналды орнату параметрлері бар диверторлық конфигурацияда плазмалық разряд сценарийлері есептелді. КТМ токамагының операциялық параметрлері саласына талдау жүргізілді. КТМ токамак диагностикалық кешенін дайындау және баптау жүзеге асырылды. Ipl=750 кА плазма тогы бар плазмалық разрядтар диверторлық конфигурациямен және k=1,7-1,8 созыңқылығымен омдық қыздыру режимінде алынды. Орындалған жұмыстар мен алынған эксперименттік деректердің нәтижелері бойынша плазма тогы 500 кА-дан асқан кезде плазманың үзілістері пайда болатыны анықталды, олар ток амплитудасын 700 кА деңгейінде, сондай-ақ осы ток деңгейінде разрядтың ұзақтығын шектейді. Бірінші қабырғаның ағымдағы дайындық жағдайларында және пайдаланылатын материалдарда омдық қыздыру режимінде 750 кА-дан жоғары плазма тогы бар разрядтарды алу қиынға соғады. Разрядтар ағынының сипатына негізгі әсер плазмаға қабырғадан түсетін қоспалар болады. Алынған жұмыс нәтижелері плазмалық разрядтарды жақсарту және оңтайландыру, плазманың бұзылуын болдырмау немесе азайту үшін одан әрі жұмыстарда қолданылады.
2) Томсон шашырау диагностикасының жұмыс жобасы әзірленді, оған оптикалық элементтерді есептеу және КТМ токамагында диагностиканы жүзеге асыру үшін қажетті элементтерді анықтау кіреді. Жоба КТМ токамагында зерттеулер жүргізу үшін қажетті плазма температурасы мен электрон тығыздығын өлшеуге арналған диагностикалық жүйені құруға мүмкіндік береді.
3) Газ берудің электромагниттік клапанына шарғылардың магнит өрісінің әсерін жоюға бағытталған КТМ токамагының ГДК жаңғырту жүргізілді. Параметрлердің өзгеруімен зерттеулер жүргізілді (сопло мен бергіш арасындағы қашықтық, клапанға дейінгі газ қысымы және басқару импульсінің ұзақтығы) және жүйенің әрекеті туралы эксперименттік мәліметтер алынды. Импульстік қысымның ең жоғары мәні ең алдымен соплодан плазмаға дейінгі қашықтықпен анықталатыны, ал клапанның ашылу ұзақтығы тек берілетін газдың көлеміне әсер ететіні анықталды. Қысымның қашықтыққа экспоненциалды тәуелділігі алынды, бұл плазманың толықтыру және сөндіру режимдерін дәл болжауға мүмкіндік береді. Клапанның ашылуы мен камераға газдың түсуі арасындағы уақыттың кешігуі (15-20 мс) тіркелген және басқару жүйесін бағдарламалау кезінде разряд сценарийлерінде ескерілуі мүмкін. Жұмыстардың қорытындылары жаңғыртылған ГДК-ның жұмысқа қабілеттілігін растайды және КТМ токамагындағы плазмалық разрядтар жағдайында газ беру режимдерін оңтайландыру бойынша кейінгі эксперименттер үшін негіз жасайды.
4) Литий ККЖ негізінде жылжымалы ДСМ үшін жобалау құжаттамасы әзірленді және шығарылды. ДСМ барлық негізгі бөлшектері мен тораптары дайындалып, сәйкестігі тексерілді. Стендтік сынақтарға дайын жылжымалы модульді сәтті құрастыру жүргізілді. 20 МВт/м² дейінгі жылу жүктемелері кезінде конструкцияның термиялық тұрақтылығын растайтын термофизикалық есептеу жүргізілді. Жылжымалы ДСМ стендтік сынақтарын жүргізу үшін әдістемелік ұсынымдар әзірленді. Алынған нәтижелер КТМ токамагында литий ККЖ бар жылжымалы дивертор модулін қолданудың принципті мүмкіндігі мен орындылығын растайды. Конструкция стендтік сынақ кезеңіне дайын.
5) Аргон мен дейтерий тізбегімен сәулеленген вольфрам үлгілерінен газдың бөліну тәуелділігі туралы мәліметтер алынды. Газдың бөлінуі негізінен HD молекулалары түрінде болатындығы анықталды. W1 және W2 үлгілері (аргон плазмасының алдын ала әсерінсіз) ~267 кДж/моль ретіндегі активтендіру энергиясымен 750 – 820°С температурада дейтерийдің көлемдік диффузиясымен сипатталады, бұл терең ұстау механизмдерінің басымдылығын көрсетеді. W3 және W4 аргон плазмасына алдын ала ұшыраған үлгілерде тұзақтардың екі түрі анықталды: төмен температуралы десорбция шыңы бар беттік (~400 °C, Ea ~166 кДж/моль) және жоғары температуралы шыңы бар көлемді (~800 °C, Ea ~270 кДж/моль). Бұл Ar⁺өңдеуі әлсіз байланысқан дейтерийдің бетінде сақталуын күшейтетінін көрсетеді, бірақ оның материалдың көлеміне енуі мен бекітілуін жоққа шығармайды. Жүргізілген микроқұрылымдық зерттеулердің нәтижелері осы тұжырымдарды растайды. Аргон плазмасымен сәулеленгеннен кейін вольфрамның бетінде әр түрлі пішінде ретсіз орналасқан шығыңқы жерлермен және ойымдармен, сондай-ақ әртүрлі өлшемдегі кеуектердің айтарлықтай санымен ұсынылған «желіндіру рельефі» байқалғаны анықталды. Аргон және дейтерий плазмасымен дәйекті сәулеленуден кейін көпіршіктердің пайда болуы мен өсуіне ұқсас беткі морфология байқалады.
6) Аустениттік болаттардың – 12Х18Н10Т болат (КТМ материалы) және AISI 304 болатының – үлгілері ВВР-К реакторында нейтрондармен 5,8 × 1023 (>0,1 МэВ) н/см2 максималды флюенске дейін сәулелендірілген. Нейтронды сәулеленуден кейін әртүрлі никель құрамы бар екі аустенитті болаттың құрылымы мен физика-механикалық қасиеттерін зерттеу нәтижелері алынды. Сәулелену дозасын атомға шаққандағы ығысу бірліктерінде есептеу жүргізілді. Максималды сәулелену флюенсі ~0,078 сна екені анықталды. Жарық бергіш электронды микроскопияны (JEOL JEM 2100) қолдана отырып, ВВР-К реакторында қысқа мерзімді сәулелену нәтижесінде радиациялық кластерлер пайда болғаны анықталды, олардың өлшемдері 2 нм-ден 6 нм-ге дейін өзгереді, бұл материалдың икемділігіне айтарлықтай әсер етеді. Растрлық электронды микроскопия әдістерімен нейтрондық сәулелену шамалы, ~10% - ға түйіршік мөлшерін азайтатыны анықталды. Механикалық сынақтар нәтижесінде зерттеліп отырған болаттардың беріктігі нейтрондық сәулелену нәтижесінде артатыны, ал беріктік шегінің шекті беріктікке қарағанда көбірек (~2,5 есе) артатыны анықталды, бұл материалдың деформациялану және біркелкі деформациялану қабілетінің төмендеуіне әкеледі. Нейтрондық сәулеленудің шекті дозасын есептеу жүргізілді, онда біркелкі деформация нөлге тең болады. Алынған мәндер 12Х18Н10Т болат үшін 0,3 сна және AISI 304 болат үшін 0,9 сна болды. Мойынның түзілуіне сәйкес келетін микроқаттылық 12Х18Н10Т болат үшін 250-300 HV және AISI 304 үшін 310-325 HV болды. Алынған нәтижелер 1000 және 1300 МПа мойын пайда болатын беріктікке сәйкес келеді. Деформацияланған сәулеленбеген және сәулеленген AISI 304 болат үлгілеріндегі микроқаттылық шамаларының «шынайы» кернеуге тәуелділігі 12Х18Н10Т болат үшін алынған сызықтық тәуелділікке сәйкес келеді.
7) Омдық қыздыру режиміндегі плазмалық разрядтармен алынған эксперименттік деректер негізінде плазмалық басқару жүйесінің (ПБЖ) жұмысын бағалау жүргізілді, плазмалық басқару жүйесінің (ПБЖ) жұмысына жетек сипаттамаларының әсерін бағалау жүргізілді және плазмалық басқару жүйесінің (ПБЖ) элементтері мен алгоритмдерінің жұмысын жақсарту үшін келесі ұсыныстар әзірленді: плазманың тік орналасуын басқарудың екі деңгейлі алгоритмін енгізу: HFC орамалары арқылы жылдам реттеулер жасалады, ал тік жылдамдық төмендеген кезде полоидтық орамалардың «баяу» тізбегі қосылады. Бұл жүктемені қайта бөлуге және жүйенің ресурсын арттыруға мүмкіндік береді. Плазманың орналасуын реттеу функцияларын СБЖ-дан мамандандырылған ЭЕМ-ге ауыстыру арқылы басқару циклін 4-тен 1,5 мс-қа дейін азайту арқылы басқару тізбегіндегі кідірістерді азайту. HFC орамасының қуат көзі инверторының буферлік сыйымдылығының жұмыс кернеуін 1000 В-тан 1400 В-қа дейін арттыру, бұл IGBT модульдер мен энергияны қалпына келтіру құрылғысының номиналды параметрлеріне сәйкес келеді.
8) Плазмалық жүктеме эквиваленті қосылған генератордың синхронды іске қосылуы және тұрақты жұмысы бойынша КТМ токамагының ЖЖ-жүйесін сынау режимдерін пысықтау бойынша эксперименттік деректер алынды. ЖЖ генераторының тұрақты жұмысы 13 МГц генерациялау жиілігімен екі тактілі жобалау режимінде мүмкін екендігі анықталды. Зерттеулер анодтық кернеудің төмендеуінде және қосу ұзақтығы 5с аспайтын уақытта жүргізілді. Мұндай режимдер ерітіндінің эквиваленттегі ең аз қыздыру шарты негізінде таңдалады. ЭПН-де генератордың жұмысының осциллограммалары алынды. Анод кернеуі төмендеген кезде ЭПН-да жүргізілген сынақтардың нәтижелері екі тактілі (бірлескен) режимде екі шамға ЖЖ-генератордың жұмыс қабілеттілігін және 13 МГц генерация жиілігінің тұрақтылығын көрсетті.
Осы бағдарлама бойынша зерттеу тобына 2 ғылым докторы, 1 қауымдастырылған профессор, 10 PhD, 2 ғылым кандидаты, 7 аспирант және докторант, 13 магистр кіреді. Жас ғалымдар мен мамандардың саны (35 жасқа дейін) 24 адамды құрайды.
Жұмыс нәтижелері бойынша 2025 жылы 14 жарияланым шығарылды, оның ішінде 8 ғылыми мақала.