Известия вузов. Ядерная энергетика

Рецензируемый научно-технический журнал. ISSN: 0204-3327

Эффекты профилирования параметров плазмы в задаче определения критерия тройного произведения для реакторов-токамаков на основе D-3He-топлива

17.09.2026 2026 - №03 Моделирование процессов в объектах ядерной энергетики

В.В. Вертеровская А.И. Годес В.Л. Шаблов

DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2026.3.12

УДК: 533.5:533.9

Статья посвящена практическому применению разработанного комплекса расчетно-теоретических методов моделирования процессов в плазме реакторов-токамаков на основе D-3He-топлива в различных режимах его использования. Данный комплекс основан на современных данных по скоростям термоядерных реакций, рассчитываемых с использованием приближения эффективного радиуса, и корректном описании вкладов в энергетический баланс плазмы вкладов радиационных потерь. На предыдущем этапе исследований использовалась традиционная модель изотермической плазмы постоянной плотности (МИППП), результаты применения которой к определению критерия Лоусона и тройного произведения по-прежнему приводятся в литературе. В статье для определения критерия тройного произведения разработан аналитический метод учета эффектов профилирования параметров D-3He-плазмы, для которого результаты МИППП служат опорными параметрами. В основе этого метода лежит тот факт, что скорости реакций D + D → p + T и D + D → n + 3He, через которые можно выразить энерговклад реакций синтеза в уравнение энергетического баланса, практически линейно зависят от энергии в диапазоне температур 10 – 130 кэВ. Для описания вклада магнитотормозного излучения используется локальная модель Трубникова (ЛМТ). Как следствие, учет эффектов профилирования сводится к умножению отдельных членов в уравнении энергетического баланса в МИППП на соответствующие множители, зависящие только от параметров функций профиля плотности и температуры, поскольку в ЛМТ индукция магнитного поля предполагается постоянной.

Ссылки

  1. Рыжков С.В., Чирков А.Ю. Системы альтернативной термоядерной энергетики. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2017, 200 с.
  2. Stott P.E. The feasibility of using d – 3He and d – d fusion fuels. Plasma Phys. Control. Fusion. 2005;47:1305–1338. DOI: https://doi.org/10.1088/0741-3335/47/8/011
  3. Wurzel S.E., C. Hsu S.C. Progress toward fusion energy breakeven and gain as measured against the Lawson criterion. Phys. Plasmas. 2022;29:062103. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0083990
  4. Годес А.И., Кондрашов О.В., Федоров Д.В., Шаблов В.Л. Разработка комплекса программных средств на основе приближения эффективного радиуса для моделирования кинетики процессов в перспективных термоядерных реакторах с D-3He-топливом. Известия вузов. Ядерная энергетика. 2025;4:6–18. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2025.4.01
  5. Godes A.I., Fedorov D.V., Kondrashov O.V., Shablov V.L. Development of a set of software tools based on the effective radius approximation for simulating the kinetics of processes in the advanced thermonuclear reactors with D-3He fuel. Nuclear Energy and Technology. 2026;12(1):63–68. https://doi.org/10.3897/nucet.12.191457
  6. Годес А.И., Шаблов В.Л. Критерий Лоусона для различных сценариев использования D-3He-топлива в термоядерных реакторах. Известия вузов. Ядерная энергетика. 2023;2:134–147. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2023.2.11
  7. Zerkin V.V., Pritychenko B. The experimental nuclear reaction data (EXFOR): Extended computer database and Web retrieval system. Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A. 2018;888:31–43. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nima.2018.01.045
  8. Xu Y., Takahashi K., Goriely S., Arnould M., Ohta M., Utsunomiya H. NACRE II: an update of the NACRE compilation of charged-particle-induced thermonuclear reaction rates for nuclei with mass number A < 16. Nuclear Physics A. 2013;918:61–169. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nuclphysa.2013.09.007
  9. Putvinski S.V., Ryutov D.D., Yushmanov P.N. Fusion reactivity of the pB11 plasma revisited. Nucl. Fusion. 2019;59:076018. DOI: https://doi.org/10.1088/1741-4326/ab1a60
  10. Трубников Б.А. Универсальный коэффициент выхода циклотронного излучения из плазменных конфигураций. Вопросы теории плазмы. Выпуск 7. М.: Атомиздат, 1973, с. 274–300.
  11. Роуз Д., Кларк М. Физика плазмы и управляемые термоядерные реакции. М.: Госатомиздат, 1963, 487 с.
  12. F. Albajar F., M. Bornatici M., F. Engelmann F. RAYTEC: a new code for electron cyclotron radiative transport modelling of fusion plasmas. Nucl. Fusion. 2009; 49: 115017. DOI: https://doi.org/10.1088/0029-5515/49/11/115017
  13. Чирков А.Ю. О возможной концепции токамака-реактора с альтернативным термоядерным топливом D-3He. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Термоядерный синтез. 2000;4:37–43.
  14. Готт Ю.В., Юрченко Н.И. Влияние пространственного распределения параметров плазмы на работу термоядерного реактора. Журнал технической физики. 2022;22(12):1794–1802. DOI: https://doi.org/10.21883/JTF.2022.12.53746.135-22
  15. Khvesyuk V.I., Chirkov A.Yu. Low radioactivity D-3He fusion fuel cycles with 3He production. Plasma Phys. Control. Fusion. 2002;44(2):253. DOI: https://doi.org/10.1088/0741-3335/44/2/308
  16. Peres A. Fusion cross sections and thermonuclear reaction rates. Journ. Appl. Phys. 1979;50:5569; https://doi.org/10.1063/1.326748
  17. Wesson J. Tokamaks. Oxford, 2004, 749 p.
  18. Чирков А.Ю. О возможности использования D-3He с наработкой 3He в термоядерном реакторе на основе сферического токамака. Журнал технической физики. 2006;76(9):51–54.

управляемый термоядерный синтез моделирование процессов в D-3He-плазме профилирование параметров плазмы тройное произведение

Ссылка для цитирования статьи: Вертеровская В.В., Годес А.И., Шаблов В.Л. Эффекты профилирования параметров плазмы в задаче определения критерия тройного произведения для реакторов-токамаков на основе D-3He-топлива. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2026. – № 3. – С. 168-181. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2026.3.12 .

Открыть PDF файл