Перейти до вмісту
Наукові вісті КПІ
ISSN 2617-5509 · e‑ISSN 2663-7472 Відкритий доступ · CC BY 4.0
Т. 143 · № 2 · 2026 чер 29, 2026 статті

МЕТОДИКА ВИБОРУ СТРУКТУРИ ПЕРЕДАВАЛЬНОГО ТРАКТУ ДЛЯ ТЕРМОЯДЕРНИХ УСТАНОВОК

ПК
Павло Кость Відповідальний Національний університет «Львівська політехніка», Інститут інформаційно-комунікаційних технологій та електронної інженерії, кафедра електронних засобів інформаційно-комп’ютерних технологій, Львів,, Україна Україна
ЛГ
Лариса Гліненко Національний університет «Львівська політехніка», Інститут інформаційно-комунікаційних технологій та електронної інженерії, кафедра електронних засобів інформаційно-комп’ютерних технологій, Львів, Україна Україна
Опублікованочер 29, 2026
PDF
НВКПІ 2 ТОМ 143 · 2
ТОМ 143 · № 2 · 2026 Переглянути випуск

Анотація

Проблематика. У термоядерних установках передавання вимірювальних сигналів від сенсорів здійснюється в умовах інтенсивного іонізуючого випромінювання, високих температур і значних електромагнітних завад, що призводить до деградації сенсорів і ліній передачі, зростання втрат сигналу та зниження відношення сигнал/шум. Особливо критичним є передавання слабких сигналів на великі відстані, що потребує обґрунтованого вибору структури передавального тракту на основі системного врахування характеристик сенсорів і ліній передачі, з урахуванням комплексу впливових факторів, зокрема радіаційного впливу, температурних режимів, електромагнітних завад, втрат сигналу та змін відношення сигнал/шум. Мета дослідження. Метою роботи є обґрунтування формування методики вибору структури передавального тракту для довгих ліній передачі даних у термоядерних установках на основі системного та багатокритеріального аналізу характеристик сенсорів і каналів передачі з урахуванням умов їх експлуатації. Методика реалізації. Використано системний аналіз сучасних сенсорних рішень і типів ліній передачі, а також багатокритеріальний підхід з урахуванням радіаційної стійкості, температурної стабільності, завадостійкості, відношення сигнал/шум та довготривалої стабільності параметрів. Передавальний тракт при цьому розглядається як сукупність взаємопов’язаних елементів: сенсора, локального перетворювача, лінії передачі та модуля збору даних, що визначають ефективність передавання сигналу. Для порівняння альтернатив застосовано нормування характеристик і їх візуалізацію за допомогою полярних діаграм. Результати дослідження. Встановлено, що індуктивні сенсори характеризуються високою радіаційною стійкістю, але обмежені у вимірюванні постійних полів, тоді як Холл-сенсори забезпечують пряме вимірювання постійних і змінних магнітних полів, проте зазнають радіаційно-індукованого дрейфу. Показано, що Вісмут та керамічні Холл-сенсори мають підвищену довготривалу стабільність. Визначено, що коаксіальні кабелі схильні до радіаційного старіння і втрат сигналу, тоді як оптоволоконні та мінерально-ізольовані лінії забезпечують кращу завадостійкість і стабільність параметрів. Обґрунтовано доцільність локального оцифрування сигналів і використання оптичних каналів передачі. На основі проведеного аналізу сформовано модель структури передавального тракту, при цьому обґрунтовано доцільність локального оцифрування сигналів і використання оптоволоконних каналів передачі для підвищення достовірності та завадостійкості. Висновки. Запропоновано методику вибору структури передавального тракту, який базується на комплексному врахуванні характеристик сенсорів і ліній передачі. Показано, що найбільш ефективними є комбіновані рішення побудови передавального тракту, які передбачають поєднання радіаційно-стійких сенсорів, локальної обробки та оцифрування сигналів безпосередньо біля сенсора і використання оптоволоконних каналів передачі. Такий вибір структури забезпечує підвищення достовірності вимірювань і надійності передачі даних у довгих лініях передачі термоядерних установок в умовах дії іонізуючого випромінювання, високих температур та електромагнітних завад.

Ключові слова

#термоядерні установки #довгі лінії передачі #радіаційна стійкість #магнітні сенсори #Холл-сенсори #оптоволоконні лінії #сигнал/шум #деградація #передавальний тракт

Посилання

  1. A. J. H. Donné and A. E. Costley, “Key issues in diagnostics for burning plasma experiments,” IEEE Trans. Plasma Sci., vol. 32, no. 1, pp. 177–186, 2004, doi: https://doi.org/10.1109/TPS.2004.823895
  2. G. Vayakis, E. R. Hodgson, V. Voitsenya and C. I. Walker, “Generic diagnostic issues for a burning plasma experiment,” Fusion Sci. Technol., vol. 53, no. 2, pp. 699–750, 2008, https://w3.pppl.gov/~neumeyer/ITER_IVC/References/2008_Vayakis_ITER.pdf , doi: https://doi.org/10.13182/FST08-A1684
  3. R. Chavan, G. Chitarin, R. S. Delogu, A. Encheva, A. Gallo, E. R. Hodgson, L. C. Ingesson, A. Le-Luyer, J. B. Lister, Ph. Moreau, J.-M. Moret, S. Peruzzo, J. Roméro, D. S. Testa, M. Toussaint, G. Vayakis and R. Vila, “The magnetics diagnostic set for ITER,” Fusion Eng. Des., vol. 84, no. 2–6, pp. 295–299, 2009, doi: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2008.12.103
  4. M. Decréton, T. Shikama and E. R. Hodgson, “Performance of functional materials and components in a fusion reactor: The issue of radiation effects in ceramics and glass materials for diagnostics,” J. Nucl. Mater., vol. 329, no. 1, pp. 125–132, 2004,
  5. doi: https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2004.04.012
  6. N. Casal, P. Andrew, R. Barnsley, M. Bassan, J. L. Barbero, L. Bertalot, M. De Bock, B. Brichard, T. Giacomin, R. Juarez, M. Kocan, F. Le Guern, M. Loughlin, Y. Ma, F. Mackel, H. Meister, Ph. Maquet, V. Martin, R. Reichle, F. Seyvet, A. Sirinelli, P. Shigin, V. Udintsev, G. Vayakis, C. Vorpahl, C. Watts and M. Walsh, “Functional materials for ITER diagnostic systems – Radiation aspects,” Fusion Eng. Des., vol. 125, pp. 277–282, 2017,
  7. doi: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2017.08.017
  8. S. Girard, J. Kuhnhenn, A. Gusarov, B. Brichard, M. Van Uffelen and Y. Ouerdane, “Radiation effects on silica-based optical fibers: Recent advances and future challenges,” IEEE Trans. Nucl. Sci., vol. 60, no. 3, pp. 2015–2036, 2013,
  9. doi: https://doi.org/10.1109/TNS.2012.2235464
  10. I. Bolshakova, H. Barylo, R. Holiaka, T. Marusenkova and F. Shuryhin, “Structure and calibration of functionally integrated devices of magnetic diagnostics of thermonuclear reactors,” Infocommun. Technol. Electron. Eng., vol. 2, no. 1, pp. 61–73, 2022.
  11. doi: https://doi.org/10.23939/ictee2022.01.061
  12. S. Entler, Z. Soban, I. Duran, K. Kovarik, K. Vyborny, J. Sebek, S. Tazlaru, J. Strelecek and P. Sladek, “Ceramic-chromium Hall sensors for environments with high temperatures and neutron radiation,” Sensors, vol. 21, no. 3, p. 721, 2021, doi: https://doi.org/10.3390/s21030721
  13. P. E. Stott, G. Gorini, P. Prandoni and E. Sindoni, Eds., Diagnostics for Experimental Thermonuclear Fusion Reactors 2. Dordrecht: Springer, 1998, doi: https://doi.org/10.1007/978-1-4615-5353-3
  14. J. Kim, J. Kim, Y.-C. Ghim and J.-G. Bak, “Sensor fusion and magnetic drift estimation in magnetic measurements using Kalman filter for long-duration plasma operations,” Nucl. Fusion, 2025,
  15. doi: https://doi.org/10.1088/1741-4326/adb599
  16. I. Ďuran, I. Bolshakova, L. Viererbl, J. Sentkerestiová, R. Holyaka, Z. Lahodová and P. Bém, “Irradiation tests of ITER candidate Hall sensors using two types of neutron spectra,” Rev. Sci. Instrum., vol. 81, no. 10, 2010, doi: 10. https://doi.org/10.1063/1.3479115
  17. I. Ďuran, M. Hron, J. Stöckel, L. Viererbl, R. Všolák, V. Červa, I. Bolshakova, R. Holyaka and G. Vayakis, “Stability of the Hall sensors performance under neutron irradiation,” Hal open science, 2004, URL: https://hal.science/hal-00001781v1
  18. A. E. Costley, K. Ebisawa, P. Edmonds, G. Janeschitz, L. C. Johnson, S. Kasai, L. de Kock, V. Mukhovatov, P. E. Stott, G. Vayakis, C. Walker, S. Yamamoto, K. M. Young & V. Zaveriaev“Overview of the ITER Diagnostic System,” in Diagnostics for Experimental Thermonuclear Fusion Reactors 2, P. E. Stott, G. Gorini, P. Prandoni and E. Sindoni, Eds. Boston, MA: Springer, pp. 41-56, 1998. doi: https://doi.org/10.1007/978-1-4615-5353-3_3
  19. A. E. Costley, A. Malaquias, T. Sugie, G. Vayakis and C. Walker, “ITER Diagnostics: Design Choices and Solutions,” IAEA-2002-CT-5, pp. 1-8, 2002.
  20. URL: https://www-pub.iaea.org/mtcd/publications/pdf/csp_019c/pdf/ct_5.pdf
  21. K. M. Young and A. E. Costley, “An overview of ITER diagnostics,” Rev. Sci. Instrum., vol. 68, no. 1, pp. 862–867, 1997, doi: https://doi.org/10.1063/1.1147710
  22. K. Y. Vukolov, E. N. Andreenko, R. S. Afanasenko, I. I. Orlovskiy and R. N. Rodionov, “Effect of Radiation Exposure on Optics in ITER,” Phys. At. Nucl., vol. 87, no. 7, pp. 829–847, 2024, doi: https://doi.org/10.1134/S1063778824070160
  23. I. Bolshakova, R. Holyaka, T. Marusenkova and F. Shurygin, Radiation-Resistant Hall Magnetic Field Sensors and Instrumentations. Lviv: Lviv Polytechnic National University; Dallas, USA: Primedia eLaunch LLC, 2022. doi: https://doi.org/10.36074/rrhmfsai-monograph.2022
  24. I. Ďuran, S. Entler, M. Kočan, M. Kohout, L. Viererbl, R. Mušálek, T. Chráska and G. Vayakis, “Development of bismuth Hall sensors for ITER steady state magnetic diagnostics,” Fusion Eng. Des., vol. 123, pp. 690–694, 2017, doi: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2017.05.142
  25. Ph. Moreau, “IIS magnetic diagnostics: overview,” presented at the 13th ITER International School, 2024, URL: https://www.iter.org/sites/default/files/media/2024-12/l2_iis-magnetic-diagnostics-ph-moreau-v2-reduced.pdf
  26. N. Marconato, “The magnetic diagnostic set for ITER,” IEEE Trans. Plasma sci., vol. 38, no. 3, pp. 284-294 2010, doi: https://doi.org/10.1109/tps.2009.2037226
  27. D. Testa, R. Chavan, G. Chitarin, R. S. Delogu, A. Encheva, A. Gallo, E. R. Hodgson, L. C. Ingesson, A. Le-Luyer, J. B. Lister, Ph. Moreau, J.-M. Moret, S. Peruzzo, J. Roméro, M. Toussaint, G. Vayakis, R. Vila, “The magnetic diagnostic set for ITER,” in Proc. 23rd IEEE/NPSS Symp. Fusion Engineering, San Diego, CA, USA, 2009, pp. 1–4,
  28. doi: https://doi.org/10.1109/FUSION.2009.5226525
  29. Y. Ma, G. Vayakis, L. B. Begrambekov, J.-J. Cooper, I. Ďuran, M. Hirsch, H. P. Laqua, Ph. Moreau, J. W. Oosterbeek, P. Spuig, T. Stange, M. Walsh, “Design and development of ITER high-frequency magnetic sensor,” Fusion Eng. Des., vol. 112, pp. 594–612, 2016,
  30. doi: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2016.05.002
  31. K. Yu. Vukolov, “Fiber optics for plasma diagnostics in ITER,” Fusion Eng. Des., vol. 123, pp. 919–922, 2017, doi: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2017.03.075
  32. J. Li, Q. Chen, J. Zhou, Z. Cao, T. Li, F. Liu, Z. Yang, S. Chang, K. Zhou, Y. Ming, T. Yan, W. Zheng, “Radiation damage mechanisms and research status of radiation-resistant optical fibers: A review,” Sensors, vol. 24, no. 10, p. 3235, 2024, doi: https://doi.org/10.3390/s24103235
  33. F. Esposito, A. Stancalie, S. Campopiano, A. Iadicicco, “Editorial to the special issue optical fiber sensors in radiation environments,” Sensors, vol. 23, no. 22, p. 9117, 2023,
  34. doi: https://doi.org/10.3390/s23229117
  35. L. Anghelescu, A. Handra, B. Diaconu, “Degradation pathways of electrical cable insulation: A review of aging mechanisms and fire hazards,” Fire, vol. 8, no. 10, p. 397, 2025, doi: https://doi.org/10.3390/fire8100397
  36. M. Van Uffelen, A. F. Fernandez, B. Brichard, F. Berghmans, M. Decréton, “Radiation tolerance qualification for maintenance tasks in the future fusion reactors: From fibre-optic components to robust data links,” Fusion Eng. Des., vol. 69, no. 1–4, pp. 191–195, 2003,
  37. doi: https://doi.org/10.1016/S0920-3796(03)00335-1
  38. K. Vukolov, E. Andreenko, I. Orlovskiy, V. Shikalov, “Irradiation tests of fiber optics for H-alpha diagnostics in ITER,” Fusion Eng. Des., vol. 146A, pp. 796–799, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2019.01.082
  39. R. Zhang et al., “Research on self-diagnosis and self-healing redundant optical fiber sensor network,” Sensors, vol. 25, no. 6, p. 1641, 2025,
  40. doi: https://doi.org/10.3390/s25061641
  41. V. Plaček, B. Bartonı́ček, V. Hnát, B. Otáhal. “Dose rate effects in radiation degradation of polymer-based cable materials,” Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B, vol. 208, pp. 448-453, 2003,
  42. doi: https://doi.org/10.1016/S0168-583X(03)00626-8
  43. M. Decréton, T. Shikama and E. R. Hodgson, “Performance of functional materials and components in a fusion reactor: The issue of radiation effects in ceramics and glass materials for diagnostics”, J. Nucl. Mater., vol. 329-333, part. A, pp. 125-132, 2004. Retrieved from
  44. doi: https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2004.04.012
  45. M. Van Uffelen; S. Girard; F. Goutaland; A. Gusarov; B. Brichard; F. Berghmans, “Gamma radiation effects in Er-doped silica fibers”, IEEE Trans. Nucl. Sci., Vol. 51, no. 5, pp. 2763–2769, Oct. 2004. Retrieved from
  46. doi: https://doi.org/10.1109/TNS.2004.835059
  47. N. Casal, P. Andrew, R. Barnsley, M. Bassan, J. L. Barbero, L. Bertalot, M. De Bock, B. Brichard, T. Giacomin, R. Juarez, M. Kocan, F. Le Guern, M. Loughlin, Y. Ma, F. Mackel, H. Meister, P. Maquet, V. Martin, R. Reichle, F. Seyvet, A. Sirinelli, P. Shigin, V. Udintsev, G. Vayakis, C. Vorpahl, C. Watts, M. Walsh, “Functional materials for ITER diagnostic systems – Radiation aspects”, Fusion Eng., vol. 125, pp. 277-282, 2017. Retrieved from
  48. doi: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2017.08.017
  49. Л. К. Гліненко та В. М. Фаст, “Системний вибір оптимального технологічного рішення 3D MID”, Вісн. НТУУ “КПІ”. Серія: Радіотехніка. Радіоапаратобудування, вип. 69, с. 56–61, 2017, URL: http://nbuv.gov.ua/UJRN/VKPI_rr_2017_69_11
  50. A. Stanciu, M. Stanciu, “Optical fiber sensors in nuclear plants,” EEA J., vol. 53, no. 4, pp. 15–20, 2005, URL: https://eea-journal.ro/ro/2005/eea-2005-53-4-015-en.pdf
  51. A. Morana, E. Marin, L. Lablonde, T. Blanchet, T. Robin, G. Cheymol, G. Laffont, A. Boukenter, Y. Ouerdane, S. Girard, “Radiation effects on fiber Bragg gratings: Vulnerability up to MGy doses,” Sensors, vol. 22, no. 21, p. 8175, 2022, doi: https://doi.org/10.3390/s22218175
  52. M. A. S. Zaghloul, M. Wang, S. Huang, C. Hnatovsky, D. Grobnic, S. Mihailov, M.-J. Li, D. Carpenter, L.-W. Hu, J. Daw, G. Laffont, S. Nehr, K. P. Chen, “Radiation resistant fiber Bragg grating in random air-line fiber,” Opt. Express, vol. 26, no. 9, pp. 11775–11786, 2018, doi: https://doi.org/10.1364/OE.26.011775
§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.
Усі випуски

МЕТОДИКА ФОРМУВАННЯ ІНФОРМАТИВНОГО ПРОСТОРУ ОЗНАК ТЕХНІЧНИХ ІНДИКАТОРІВ ФІНАНСОВИХ ПРОЦЕСІВ НА ОСНОВІ НЕЙРОМЕРЕЖЕВИХ МОДЕЛЕЙ

Роман Тертичний, Денис Чупрін, Петро Бідюк

Проблематика. Фінансові часові ряди характеризуються нелінійністю, нестаціонарністю та високим рівнем шуму, що суттєво ускладнює їх моделювання та прогнозування.…

#методика формування інформативного простору ознак #технічні індикатори #волатильність Паркінсона #нейронні мережі
10.20535/kpisn.2026.3.359610

МЕТОДИ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЦІЛІСНОСТІ ОБРОБКИ ТА ПЕРЕДАЧІ ДАНИХ У ПРОМИСЛОВИХ СИСТЕМАХ АВТОМАТИЗАЦІЇ

Ярослав Корпань, Євген Федоров, Ольга Нечипоренко

Проблематика. Сучасні промислові системи контролю характеризуються високим рівнем інтеграції інформаційних і фізичних процесів та використанням розподілених…

#промислові системи автоматизації #SCADA-системи #цілісність даних #кібербезпека ICS
10.20535/kpisn.2026.3.361520

МЕТОДИКА ПАРАМЕТРИЧНОГО СИНТЕЗУ ЗУМ-АФОКАЛЬНИХ СИСТЕМ НА ОСНОВІ НЕРУХОМИХ ВАРІОЛІНЗ

Ігор Г. Чиж

Проблематика Зум-оптичні системи, в яких використовуються механічно нерухомі електрично керовані варіолінзи, не можуть вважатися такими, що мають нерухомі оптичні…

#зум-афокальні системи #головні точки варіолінз #синтез зум-афокальних систем #стабільна афокальність зум-системи
10.20535/kpisn.2026.3.351645

Статті цього автора (цих авторів), які найбільше читають

Схожі статті

1-10 з 16

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.