Детальная информация

Выпускная квалификационная работа посвящена расчёту нейтронного вы-хода термоядерной реакции D(d,n)³He для проектируемого сферического тока-мака Глобус 3. Актуальность работы связана с тем, что нейтронный выход является од-ной из ключевых характеристик термоядерной установки, однако для Глобус 3 подобные расчёты с использованием аналитических моделей магнитных поверх-ностей в опубликованных источниках не представлены. В этом заключается научная новизна представленного исследования. В работе использованы исходные геометрические параметры установки: горизонтальный малый радиус a = 0,44 м, большой радиус R₀ = 0,76 м, Шафра-новский сдвиг 0,11 м. Магнитогидродинамическое равновесие описано аналити-ческой моделью Соловьёва с параметрами σ = 1,9 и τ = 0,75.Параметризация полного сечения реакции D(d,n)³He взята из работы Боша и Хейла, а методика расчёта коэффициента скорости реакции, преобразований координат и якобиана — из статьи Гончарова. В данной работе оценивается исключительно термо-ядерный выход нейтронов, то есть распределения скоростей взаимодействую-щих ядер предполагаются максвелловскими. Программная реализация выполне-на на языке Python с использованием библиотек NumPy, SciPy и Matplotlib. Опубликованные работы описывающие концепцию установки Глобус-3, не содержат количественных оценок выхода нейтронов в дейтерий – дейтериевых реакциях. С точки зрения перспективных областей применения, проект Глобус-3 рассматривается как «прототип нейтронного источника» или «шаг к источнику термоядерных нейтронов». Представленная дипломная работа впервые даёт количественную оценку выхода термоядерных нейтронов DD синтеза на основе упрощённых аналитиче-ских моделей (модель Соловьёва, максвелловское распределение). Это опреде-ляет научную новизну и актуальность исследования, поскольку полученные ре-зультаты могут быть использованы при дальнейшем проектировании установки и планировании экспериментов. В работе проведён расчёт пространственного распределения коэффициен-та скорости реакции, вычислен якобиан преобразования координат и выполнено численное интегрирование локальной скорости реакции по объёму плазмы. По-лучены оценки нейтронного выхода для различных значений центральной тем-пературы и плотности плазмы и различных видов радиальных распределений этих параметров.

The graduate qualification work is devoted to the calculation of the neutron yield of the D(d,n)³He thermonuclear reaction for the projected spherical tokamak Globus-3. The relevance of the work is due to the fact that the neutron yield is one of the key characteristics of a fusion facility, but for Globus-3 such calculations using ana-lytical models of magnetic surfaces have not been presented in published sources. This constitutes the scientific novelty of the presented research. The work uses the initial geometric parameters of the facility: horizontal minor radius a = 0.44 m, major radius R₀ = 0.76 m, Shafranov shift 0.11 m. The magneto-hydrodynamic equilibrium is described by the analytical Solovyov model with pa-rameters σ = 1.9 and τ = 0.75. The parameterization of the total D(d,n)³He reaction cross section is taken from the work of Bosch and Hale, and the method for calculat-ing the reaction rate coefficient, coordinate transformations, and Jacobian is taken from the article by Goncharov. This work exclusively evaluates the thermonuclear neutron yield, meaning that the velocity distributions of interacting nuclei are assumed to be Maxwellian. The software implementation is carried out in Python using the NumPy, SciPy, and Matplotlib libraries. Published works describing the conceptual design of the Globus‑3 facility do not contain quantitative estimates of the neutron yield in deuterium‑deuterium reac-tions. From the perspective of prospective applications, the Globus‑3 project is con-sidered as a "neutron source prototype" or "a step towards a thermonuclear neutron source". The presented thesis provides for the first time a quantitative estimate of the thermonuclear neutron yield of DD fusion based on simplified analytical models (Solovyov model, Maxwellian distribution). This determines the scientific novelty and relevance of the study, since the obtained results can be used in the further design of the facility and in planning experiments. The work performs a calculation of the spatial distribution of the reaction rate coefficient, computes the Jacobian of the coordinate transformation, and carries out numerical integration of the local reaction rate over the plasma volume. Estimates of the neutron yield are obtained for various values of the central temperature and plas-ma density, as well as for different types of radial distributions of these parameters.