Коллектив ученых из Курчатовского института, Московского физико-технического института и ядерного университета МИФИ представил усовершенствованную концепцию оптоволоконного датчика для измерения тока плазмы в токамаке Т-15МД — установке, в которой мощные магниты удерживают раскаленный газ для получения энергии термоядерного синтеза. Об этом Науке Mail сообщила пресс-служба МФТИ.
В основе датчика лежит эффект Фарадея. При оборачивании волокна вокруг плазменного шнура магнитное поле тока плазмы поворачивает поляризацию света, причем угол поворота прямо пропорционален величине тока. Такой метод обеспечивает прямое измерение тока без необходимости интегрирования сигнала. Оптоволокно как диэлектрик невосприимчиво к электромагнитным помехам и не требует гальванической развязки.
Ключевое новшество — переход от измерения амплитуды света к высокоточному фазовому измерению на промежуточной частоте. Луч лазера разделяется на два: опорный — со сдвигом частоты — и измерительный. Измерительный луч проходит по оптоволокну вокруг плазмы, отражается от зеркала и возвращается. Двойной проход удваивает полезный сигнал и компенсирует механические помехи. Далее система измеряет не яркость, а разность фаз между вернувшимся и опорным лучами: она соответствует силе тока. Этот переход к фазовым измерениям резко повысил точность и помехозащищенность датчика.
Согласно расчетам, новая система сможет измерять ток плазмы в диапазоне до 2 МА с точностью до 0,5 кА и временным разрешением 100 микросекунд. Этой точности достаточно не только для стабильного удержания плазмы, но и для анализа быстрых процессов, таких как развитие неустойчивостей и срыв разряда. Моделирование подтвердило, что, благодаря высокоточному фазовому методу измерений, сигнал будет соответствовать реальному току с минимальной погрешностью, учитывающей все известные источники ошибок.
Уникальность разработки заключается в синтезе мирового опыта и создании оригинальной измерительной схемы, адаптированной для токамака Т-15МД. Ключевым достижением стал переход от поляриметрии к интерферометрическим методам, что значительно повысило точность измерений.
Оптоволоконный датчик — это прецизионная оптическая диагностика для измерения электрического тока. Он является главным кандидатом к использованию в качестве основного инструмента для измерения тока плазмы в токамаке-реакторе, поскольку обладает рядом существенных достоинств по сравнению со своими электромагнитными конкурентами — поясом Роговского и датчиком Холла. Однако различные схемы детектирования измеряемого параметра — угла Фарадея, традиционно используемые в ОДТ, все же обладают недостатками, которые мы предлагаем решить, перейдя, подобно интерферометрическим диагностикам, к измерению на промежуточной частоте.
Этот подход укрепляет позиции оптоволоконных датчиков как перспективной технологии для будущих термоядерных реакторов, где надежность диагностики критически важна для безопасности и эффективности. Следующим этапом работы станет создание прототипа устройства и его испытания на стенде с последующей установкой на токамак Т-15МД для проверки в реальных условиях.
Ранее Наука Mail писала о том, что российские физики выяснили, как колебательное движение атомов управляет магнитным порядком.
