Delist.ru

Экспериментальное исследование равновесных параметров основной ионной компоненты и ее стационарного вращения в плазме токамаков (15.08.2007)

Автор: Романников Александр Николаевич

Романников Александр Николаевич

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАВНОВЕСНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОСНОВНОЙ ИОННОЙ КОМПОНЕНТЫ И ЕЁ СТАЦИОНАРНОГО ВРАЩЕНИЯ В ПЛАЗМЕ ТОКАМАКОВ

01.04.08 - физика плазмы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора физико-математических наук

Троицк – 2007

Работа выполнена в Отделении физики токамаков реакторов Государственного научного центра Российской Федерации Троицкого института инновационных и термоядерных исследований и в Институте ядерного синтеза Российского научного центра «Курчатовский Институт».

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор

Ковальский Н.Г.

доктор физико-математических наук, профессор

Курнаев В. А.

доктор физико-математических наук

Готт Ю.В.

Ведущая организация:

Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе, (Санкт-Петербург)

Защита состоится «9» ноября 2007 г. в часов на заседании диссертационного совета ДС 201.004.01 ГНЦ РФ ТРИНИТИ по адресу: 142190, г. Троицк, Московской области.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНЦ РФ ТРИНИТИ.

Автореферат разослан « » 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат физико-математических наук Казаков С. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность проблемы. Изучение магнитного удержания высокотемпературной плазмы в установках типа токамак является одним из ключевых направлений исследований по программе управляемого термоядерного синтеза (УТС). Современный этап экспериментов на токамаках характеризуется, в первую очередь, поиском путей улучшения эффективности термоядерного реактора. Особую актуальность в этих условиях получили исследования поведения ионов изотопов водорода (водорода, дейтерия и трития) и скоростей стационарного вращения этих ионов в токамаке. С одной стороны, именно ионы изотопов водорода будут вступать в термоядерную реакцию, поэтому их нагрев и удержание являются определяющими для реактора. С другой стороны, в современном представлении об удержании плазмы в токамаке одну из ключевых ролей играют тороидальные и полоидальные потоки ионов на магнитных поверхностях, а так же радиальное электрическое поле. Исследование радиальных профилей температуры основных ионов плазмы, исследование влияние изотопного состава на удержание плазмы, измерение скоростей потоков основных ионов на магнитных поверхностях токамака, понимание природы формирования радиального электрического поля в токамаке – все это представляет интерес, как с точки зрения выяснения физических механизмов удержания высокотемпературной плазмы, так и для надежного предсказания рабочих режимов в условиях, характерных для будущего термоядерного реактора.

Задачей диссертационной работы является экспериментальное изучение и описание физических механизмов формирования функции распределения по энергиям основных ионов плазмы в центральных областях токамаков, а также разработка нового теоретического подхода к процессу формирования стационарного радиального профиля тороидального вращения плазмы и электрического поля.

В диссертационной работе рассматриваются три основных направления исследований:

1. Исследование влияния изотопного состава на энергетическое время жизни плазмы и исследование воздействия борсодержащих материалов, используемых для покрытия стенок и лимиторов токамаков, на изотопный состав плазмы.

2. Исследование физических механизмов формирования радиальных профилей ионной температуры дейтерия в режимах с ионно-циклотронным нагревом на малой добавке водорода, в режимах с эргодическим дивертором и в режимах с большой гофрировкой тороидального магнитного поля.

3. Экспериментальное и теоретическое исследование скоростей потоков основной компоненты плазмы (дейтерия) в тороидальном и полоидальном направлениях, скоростей потоков примесей, а также процессов формирования стационарного радиального электрического поля в плазме токамака.

Научная новизна работы заключается в следующем:

Впервые проведено экспериментальное исследование поведения изотопного состава плазмы в условиях боронизованной стенки на токамаке Т-11М (Россия). Показано, что карборан на основе водорода, используемый для боронизации камеры на российских и китайских токамаках, приводит к значительному плохо контролируемому увеличению концентрации ионов водорода в дейтериевой плазме разряда.

Открыта пороговая зависимость увеличения энергетического времени жизни плазмы при изменении эффективного изотопного веса ионов от 1 до 2 в экспериментах с омическим нагревом в токамаке FTU (Италия).

Проведены измерения спектров потоков нейтралов перезарядки и радиального профиля температуры ионов дейтерия и водорода при, так называемом, ионно-циклотронном нагреве на малой добавке водорода в присутствии ионов бора в токамаке Т-11М. Эти измерения, впервые проведенные на токамаках, служат доказательством предсказанного ранее механизма нагрева ионов дейтерия полностью ионизованными ионами бора, которые получили энергию от ионной берштейновской волны, образованной в результате конверсии быстрой магнитозвуковой волны вблизи ион - ионного гибридного резонанса.

Открыта возможность существования в токамаках радиальных профилей ионной температуры с минимумом в центре плазмы при определенных величинах запаса устойчивости на примере исследования омических разрядов в токамаке TORE-SUPRA (Франция).

Впервые показано, что при работе эргодического дивертора существенно уменьшается центральная ионная температура в экспериментах на токамаке TORE-SUPRA.

Получен новый эффект: влияние радиального электрического поля плазмы токамака на доплеровский сдвиг спектральных линий в методе, в котором измеряется линейчатое излучение при различных квантовых переходах возбужденных ионов, образующихся в результате перезарядки (CXRS). Этот эффект, с одной стороны, приводит к ухудшению точности измерения скорости полоидального вращения плазмы, с другой стороны, дает принципиальную возможность прямого измерения радиального электрического поля.

Разработан метод измерения скорости полоидального вращения ионов дейтерия, как основной компоненты плазмы, при резких изменениях радиального электрического поля и проведены пионерские измерения скорости вращения плазмы методом корпускулярной диагностикой при L-H переходе на токамаке Т-11М.

Разработан метод измерения скорости тороидального вращения ионов дейтерия, как основной компоненты плазмы, и впервые на токамаках проведены измерения скорости тороидального вращения дейтерия, используя корпускулярные анализаторы токамака TORE-SUPRA.

Предложен новый теоретический подход к объяснению природы радиального электрического поля в плазме токамака. Взамен традиционного локального соотношения, связывающего радиальное электрическое поле, скорость тороидального и полоидального вращения плазмы и диамагнитный член, получено новое интегральное уравнение.

Научное и практическое значение работы:

загрузка...