Compact Ignition Tokamak (CIT) был экспериментом по физике плазмы , который был разработан, но не построен. Он был разработан межведомственной группой в США под руководством Принстонской лаборатории физики плазмы . Эксперимент был разработан для достижения самоподдерживающейся термоядерной реакции синтеза ( зажигания ) в токамаке с минимально возможным бюджетом. [1]
CIT должен был стать преемником эксперимента по испытанию реактора синтеза токамак (TFTR). В то время как TFTR был разработан для достижения Q>1 (большей мощности синтеза, вырабатываемой плазмой, чем инжектируемой в плазму), CIT был разработан для достижения зажигания, здесь определяемого как Q>10 (вырабатываемая мощность синтеза более чем в десять раз превышает мощность нагрева). Проектирование CIT началось в 1986 году, и в этот момент ожидалось, что строительство начнется в 1988 году и завершится в 1993 году. Оценочная стоимость строительства составляла 285 миллионов долларов в долларах 1986 года. [1]
По мере развития проекта токамак увеличивался в размерах, магнитном поле и тепловой мощности. [2] В какой-то момент в начале 1990-х годов Министерство энергетики отменило проект и вместо этого поддержало проект эксперимента по физике токамака (TPX), который также так и не был построен.
Дальнейшие расширения компактного подхода CIT с высоким полем изучались в более поздних национальных проектах США для двух предложенных устройств: Burning Plasma Experiment (BPX) и Fusion Ignition Research Experiment (FIRE). [3] [4] Национальное совещание по планированию термоядерного сообщества Snowmass 2002 пришло к выводу, что «IGNITOR, FIRE и ITER позволят изучать физику горящей плазмы , продвигать технологию термоядерного синтеза и способствовать развитию термоядерной энергетики... Есть уверенность, что ITER и FIRE достигнут производительности горящей плазмы в водородном режиме на основе обширной экспериментальной базы данных...». [5]
Целью CIT было создание зажженной плазмы, которая определяется как Q>10, и/или возможность отключения вспомогательного нагрева и использования термоядерной энергии для поддержания реакции. [6] Более того, он был разработан для выполнения этого с минимально возможным бюджетом. [1]
Полученная конструкция следовала пути, проложенному более ранней конструкцией IGNITOR , компактной конструкцией с высоким полем. [7] Чтобы минимизировать стоимость, это было компактное (физически небольшое) устройство. Для того чтобы достичь условий зажигания в компактном устройстве, требовалось очень высокое магнитное поле, 10,4 (позже 11) Тесла. Это было за пределами критических возможностей поля сверхпроводников того времени, что требовало, чтобы катушки тороидального поля были изготовлены из меди, охлаждаемой жидким азотом .
Целью изучения физики и техники зажженной плазмы с минимально возможной стоимостью было принятие конструкции, которая не масштабировалась бы напрямую в реактор (учитывая доступные в то время технологии). Поскольку медные тороидальные катушки поля быстро нагревались бы из-за омического нагрева , эксперимент был бы импульсным, достигая зажигания всего за 3–5 секунд, [6] [7] с минутами или часами времени охлаждения между импульсами. (Более поздние достижения в области сверхпроводников с высоким полем привели к пересмотру подхода с импульсным высоким полем, такого как устройство SPARC, разрабатываемое Commonwealth Fusion Systems.) Кроме того, из-за повторяющихся напряжений материалов, присущих импульсной системе с высоким полем, рост трещин удерживал общее количество импульсов полной мощности на уровне 3000. [6]