Delist.ru

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

Автор: Романников Александр Николаевич

Во Втором параграфе Четвертой главы приведены экспериментальные исследования скорости полоидального вращения основных ионов в центральных областях плазмы при L-H переходе на токамаке Т-11М. Во Введении обосновывается методика расчета скорости полоидального вращения ионов дейтерия или водорода из измерений нецентрального потока нейтралов перезарядки при заданной энергии нейтралов. Сравнивая временной ход потоков нейтралов перезарядки дейтерия в сторону полоидального вращения плазмы и против этого вращения, было рассчитано изменение скорости полоидального вращения плазмы при L-H переходе. Изменение скорости было направлено в сторону диамагнитного дрейфа ионов дейтерия, а абсолютная величина этой скорости составила около 9 км(с. Эти измерения подтвердили существование перехода в режим улучшенного удержания плазмы токамака Т-11М.

В Третьем параграфе проведено исследование скорости тороидального вращения ионов дейтерия и хрома в центральной области омической плазмы токамака TORE-SUPRA. Измерения проводились двумя методами – методом рентгеновской спектроскопии тяжелых примесей и предложенным автором диссертации новым методом, измеряющим скорости потоков основных ионов плазмы. Сравнивая спектры нейтралов перезарядки дейтерия по энергиям в тангенциальном направлении и перпендикулярном направлении к центральной силовой линии магнитного поля, рассчитывалась абсолютная величина тороидальной скорости вращения ионов дейтерия. Эксперименты, проведенные с обращением тока плазмы, подтвердили эффективность предложенного метода. Скорость тороидального вращения ионов хрома была сравнима со скоростью вращения ионов дейтерия. Скорость была направлена против тока плазмы и равнялась примерно 20(30 км(с. Приводится теоретическая модель формирования скорости тороидального вращения, объясняющая полученные результаты.

, что согласуется с хорошим удержанием электронов в плазме и т.д.

В Заключении сформулированы основные результаты и выводы работы.

III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Экспериментальные исследования, проведенные автором при работе над Диссертацией, посвящены изучению поведения функции распределения ионов дейтерия и водорода по энергиям в условиях переменного изотопного состава плазмы, в условиях ионно-циклотронного нагрева на малой добавке водорода в присутствии ионов бора, в условиях большой гофрировки тороидального магнитного поля и воздействия на плазму эргодического дивертора. Теоретические исследования посвящены развитию нового направления в изучении тороидального вращения основных ионов плазмы и радиального электрического поля. Разработанные автором в ходе проведенных исследований подходы к исследованию основных ионов плазмы, могут обеспечить важный вклад на пути сооружения экономически эффективного и надежного токамака-реактора.

Основные результаты работы:

Исследование поведения изотопного состава плазмы в условиях боронизованной стенки, впервые проведенное на токамака Т-11М, показало, что на ряду с улучшением характеристик плазмы, карборан на основе водорода, который используется для боронизации, приводит к значительному плохо контролируемому увеличению концентрации ионов водорода в дейтериевой плазме разряда. Это исследование стало критическим в вопросе необходимости замены в карборане водорода на дейтерий.

На примере серии омических экспериментов в токамаке FTU была открыта пороговая зависимость увеличения энергетического времени жизни плазмы от изотопного состава основной компоненты при изменении эффективного атомного веса ионов плазмы от 1 до 2. Подобное поведение энергетического времени жизни, которое косвенно наблюдалось так же на токамаке ASDEX, может существенно упростить подходы к теоретическому объяснению данного эффекта.

Проведены измерения спектров потоков нейтралов перезарядки и радиального профиля температуры ионов дейтерия и водорода при ионно-циклотронном нагреве на малой добавке водорода в присутствии небольшой концентрации ионов бора в токамаке Т-11М. Эти измерения, впервые проведенной на токамаках, служат доказательством механизма нагрева основных 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. Эти эксперименты открывают возможность применения подобной схемы, только с использованием ионов бериллия, в токамаке ITER.

Открыта возможность существования в токамаках с большой тороидальной гофрировкой радиальных профилей ионной температуры с провалом в центре плазменного шнура (при определенных величинах запаса устойчивости) на примере исследования омических разрядов плазмы токамака TORE-SUPRA. Так как избежать гофрировки тороидального магнитного поля будущего токамака – реактора, по-видимому, не удастся, открытые автором полые профили ионной температуры могут возникнуть в некоторых режимах работы реактора. Заметное снижение центральной температуры ионов является негативным фактором. Поэтому, в реакторе необходимо будет избегать появления подобных режимов.

Впервые показано, что эргодический дивертор существенно уменьшает температуру ионов на оси плазмы в экспериментах на токамаке TORE-SUPRA.

Получен новый эффект: влияние радиального электрического поля плазмы токамака на измеряемый доплеровский сдвиг спектральных линий методом CXRS. Этот эффект приводит к ухудшению точности измерения скорости полоидального вращения плазмы. Прямое измерение радиального электрического поля в плазме токамака является крайне трудно осуществимой задачей. Рассчитанный автором сдвиг линий в методе CXRS при наблюдении в направлении малого радиуса токамака, пропорциональный электрическому полю, может служить новым диагностическим инструментом для измерения радиального электрического поля в плазме токамака

Разработан метод измерения скорости полоидального и тороидального вращения основных ионов вращения основных ионов. Эти методики прямого измерения скоростей потоков основных ионов и измерения скоростей полоидальных и тороидальных потоков, впервые в мире проведенные автором на токамаке Т-11М и TORE-SUPRA, открывают новые горизонты исследования процессов формирования различных улучшенных режимов удержания плазмы.

Предложен новый теоретический подход к объяснению природы радиального электрического поля в плазме токамака. Полученное автором интегральное соотношение, связывающее радиальное электрическое поле, скорость тороидального и полоидального вращения плазмы и градиенты температуры и плотности ионов, дает новое условие равновесия плазмы в целом и позволяет связать экспериментально наблюдаемые скорости потоков плазмы с процессами удержания электронов и ионов.

Диссертационная работа была частично поддержана Департаментом Атомной науки и техники в рамках Научной Школы Стрелкова В. С., Госконтракт 02.516.11.6068.

Основные положения диссертации содержатся в следующих опубликованных работах:

А.И. Кисляков, А.В.Красильников, М.П. Петров, А.Н. Романников Комплекс корпускулярной диагностики на Токамаке с Сильным Полем (ТСП). Препринт ИАЭ-4460/7 М.: ИАЭ, 1987

Gorelenkov N.N., RomannikovA.N. To the question of adiabatic R-compression in tokamak // Proc. 17th EPS Conf. on Contr. Fus. and Plasma Phys., Amsterdam,1990. V. II. P. 914-917

Гореленков Н.Н. Романников А.Н К вопросу адиабатического R-сжатия в токамаке. Препринт ИАЭ-5070/6 М.: ИАЭ, 1990

E.A.Azizov , O.I.Buzhinsky , Chernobay A., Romannikov A. et al. The investigation of properties of Ohmic and ion-cyclotron plasma in the condition of boronized tokamak wall. // 19th EPS Conf. on Contr. Fus. and Plasma Phys. 1992. Innsbruck. V16. Part I. P. I-47.

O.I. Buzhinsky, E.A. Azizov, A.M. Belov et al. A boronization technique for T-3M and T-11M tokamak chambers // J. Nucl. Mater. 1992. V. 191–194. P. 1413-1416

Э.А. Азизов, А.М.Белов, О.И. Бужинский, А.Н. Романников и др. Исследование ионно-циклотронного нагрева плазмы в токамаке-11М //Физика плазмы. 1994. Т.20. C. 1060-1064

// J. Nucl. Mater. 1995. V. 220–222. P.730-735.

Mirnov S.V., Kovan I.A., Romannikov A.N., et al. Positive current spike generation during major disruptions and ICRH heating experiments of L-H transition on the T-11M tokamak // Sixteenth International Conf. on Fusion Energy. Montreal.1996. V.1. P.763-77 / Proceedings of the 16th International Conference on Fusion Energy. IAEA. Montreal. 11 October 1996 (IAEA. Vienna. 1997). V. 1. P. 763-770

Романников А.Н. Особенности поведения энергетического времени жизни от изотопического состава в экспериментах на токамаке FTU //'Прикладная физика. 1992. T.4. С.77-80

I.A Kovan., A.N. Romannikov, Yu.V. Petrov, On the peculiarities of L-H transition on the T-11M tokamak // 24th EPS Conf. on Contr. Fus. and Plasma Phys. Berchtesgaden. 1997. P1.106. V.21A. P.409-412

А.Н.Романников, А.П. Чернобай О возможности исследования изменения скорости полоидального вращения плазмы для L-H переходов в токамаке методом корпускулярной диагностики.// Физика плазмы. 1997. T. 23. №12. С.1119-1122

Gorelenkova M.N., Gorelenkov N.N., Azizov E.A., Romannikov A.N.Herrmann H.W. Kinetic Theory of plasma adiabatic major radius compression in tokamak // Techn. Rep. PPPL-3269. October 1997

Gorelenkova M.N., Gorelenkov N.N., Azizov E.A., Romannikov A.N. Toroidal effects on adiabatic R-compression in tokamaks // Abstracts of International Sherwood Fusion Theory Conference. Wisconsin. Apr.28-30.1997

Romannikov A.N. Possibility of studying the change in the poloidal plasmarotation velocity for some tokamak’s regimes by CX diagnostics // 9th National Topical Conf. on High-Temperature Plasma Diagn., Russia, Saint-Petersburg. 2-4 June.1997. Book Of Abstract. P-II-6

Equipe Tore Supra. Towards high-power long-pulse operation on Tore Supra // 17th Conference on Fusion Energy. IAEA. Proceedings. Yokohama. Japan. October 1998. V.1. P. 83-89

Gorelenkova M.N., Gorelenkov N.N., Azizov E.A., Romannikov A.N.Herrmann H.W Kinetic theory of plasma adiabatic major radius compression in tokamaks // Phys. Plasmas. 1998. V. 5. P. 1345-1353

Романников А.Н. Исследование особенностей поведения ионной функции распределения в токамаках // Диссертация к.ф-м.н. ГНЦ РФ ТРИНИТИ. Москва.1998

А.Н.Романников, Е.Хуттер О возможности исследования изменения скорости тороидального вращения плазмы в режимах нижнегибридного и ионно-циклотронного нагревов методом корпускулярной диагностики // Физика плазмы.1999.Т.25.С.133-136.

A.N. Romannikov, T. Hutter, P. Platz, First measurements of core toroidal rotation by deuterium neutral flux analysis // Proc. 26th EPS Conf. on Contr.Fus. and Plasma Phys. Maastricht, 1999. P3.019. P. 1029-1032

A. Lyssoivan, R. Koch, Romannikov A. et al. ICRH plasma production in TORE-SUPRA: analysis of antenna coupling and plasma properties // Proc. 26th EPS Conf. on Contr.Fus. and Plasma Phys. Maastricht, 1999 P2.040. P. 737-740

Romannikov A.N., Chernobai A.I. Effect of the radial electric field on the accuracy of poloidal plasma rotation measurements by CXR spectroscopy // 27th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics. Budapest (Hungry). 2000. Abstracts of invited and contributed papers. P3.101. P.409

A.N. Romannikov, C. Bourdelle, J. Bucalossi et al. Measurement of central toroidal rotation in ohmic Tore Supra plasmas // Nuclear Fusion. 2000. V. 40. P. 319-324.

Азизов Э.А., Красильников, А.В. Романников А.Н. и др. Исследование поведения высоко энергичных ионов при ионно-циклотронном нагреве в плазме токамака Т-11М ( в рамках проектов ITER, T-15M и TSP-AST) // Научный отчет 10/НИР-5056. 27.12.2000

загрузка...