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The first experiments in SST-1

S. Pradhan, Z. Khan, V.L. Tanna, A.N. Sharma, K.J. Doshi, U. Prasad, H. Masand, Aveg Kumar, K.B. Patel, M.K. Bhandarkar2015年被引用 26Nuclear FusionIF 3出版社

A steady state superconducting tokamak (SST-1) has been commissioned after the successful experimental and engineering validations of its critical sub-systems. During the 'engineering validation phase' of SST-1; the cryostat was demonstrated to be leak-tight in all operational scenarios, 80 K thermal shields were demonstrated to be uniformly cooled without regions of 'thermal runaway and hot spots', the superconducting toroidal field magnets were demonstrated to be cooled to their nominal operational conditions and charged up to 1.5 T of the field at the major radius. The engineering validations further demonstrated the assembled SST-1 machine shell to be a graded, stress–strain optimized and distributed thermo-mechanical device, apart from the integrated vacuum vessel being validated to be UHV compatible etc. Subsequently, 'field error components' in SST-1 were measured to be acceptable towards plasma discharges. A successful breakdown in SST-1 was obtained in SST-1 in June 2013 assisted with electron cyclotron pre-ionization in the second harmonic mode, thus marking the 'first plasma' in SST-1 and the arrival of SST-1 into the league of contemporary steady state devices.Subsequent to the first plasma, successful repeatable plasma start-ups with E ∼ 0.4 V m−1, and plasma current in excess of 70 kA for 400 ms assisted with electron cyclotron heating pre-ionization at a field of 1.5 T have so far been achieved in SST-1. Lengthening the plasma pulse duration with lower hybrid current drive, confinement and transport in SST-1 plasmas and magnetohydrodynamic activities typical to large aspect ratio SST-1 discharges are presently being investigated in SST-1. In parallel, SST-1 has uniquely demonstrated reliable cryo-stable high field operation of superconducting TF magnets in the two-phase cooling mode, operation of vapour-cooled current leads with cold gas instead of liquid helium and an order less dc joint resistance in superconducting magnet winding packs with high transport currents. In parallel, SST-1 is also continually getting up-graded with first wall integration, superconducting central solenoid installation and over-loaded MgB2-brass based current leads etc. Phase-1 of SST-1 up-gradation is scheduled by the first half of 2015, after which long pulse plasma experiments in both circular and elongated configurations have been planned in SST-1.

日本語訳

定常状態超伝導トカマク(SST-1)は、その主要サブシステムの実験的および工学的検証が成功した後、コミッショニングが完了した。SST-1の「工学的検証フェーズ」において、クライオスタットはすべての運転シナリオで漏れがないことが実証され、80 K熱シールドは「熱暴走およびホットスポット」の領域なく均一に冷却されることが実証され、超伝導トロイダル磁場磁石は公称運転条件まで冷却され、主半径において1.5 Tの磁場まで励磁されることが実証された。工学的検証により、組み立てられたSST-1機体外殻が、段階的で応力-ひずみ最適化された分散型熱機械デバイスであることがさらに実証され、統合された真空容器がUHV適合性を検証されたことなどに加え、これらの成果が得られた。その後、SST-1における「磁場誤差成分」はプラズマ放電に対して許容範囲内であると測定された。SST-1における成功したブレークダウンは、2013年6月に第2高調波モードでの電子サイクロトロン予備電離の支援により達成され、これによりSST-1における「ファーストプラズマ」が達成され、SST-1が現代の定常状態デバイスの仲間入りを果たした。 ファーストプラズマ以降、SST-1ではこれまでに、1.5 Tの磁場での電子サイクロトロン加熱予備電離の支援により、E ∼ 0.4 V m−1での成功した再現可能なプラズマ立ち上げ、および400 msにわたり70 kAを超えるプラズマ電流が達成されている。SST-1プラズマにおける低ハイブリッド電流駆動によるプラズマパルス持続時間の延長、閉じ込めと輸送、および大きなアスペクト比のSST-1放電に典型的な磁気流体力学活動が、現在SST-1において調査されている。並行して、SST-1は、二相冷却モードでの超伝導TF磁石の信頼性の高い低温安定高磁場運転、液体ヘリウムの代わりに冷ガスを用いた蒸気冷却電流リードの運転、および高輸送電流を有する超伝導磁石巻線パックにおける直流接合抵抗の一桁の低減を独自に実証している。並行して、SST-1は、第一壁統合、超伝導中心ソレノイドの設置、および過負荷MgB2-真鍮ベースの電流リードなどにより継続的にアップグレードされている。SST-1アップグレードのフェーズ1は2015年前半までに予定されており、その後、円形および細長い形状の両方での長パルスプラズマ実験がSST-1で計画されている。

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SST-1
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