RECENT RESULTS ON IMPURITY PELLET INJECTION INTO W VII-AS PLASMA

V. Yu. Sergeev, S. M. Egorov, B. V. Kuteev
State Technical University , Politeknicheskaya 29, St. Petersburg, 195251 Russia

L.Ledl, R. Burhenn  and the WVII-AS team
Max Planck Institut fьr Plasmaphysik, EURATOM Association, Boltzmannstrasse 2, Garching, 85748  Germany

    Interaction of impurity pellets with stellarator plasma is interesting for the plasma parameters diagnostics and impurity transport studies. This paper presents results of carbon pellet injection experiments aiming on detailed ablation rate data and new effects of the pellet plasma interaction.
    In experiments the plasma was heated by ECR radiation with 0.2-0.4 MW power. Spherical carbon pellets of 0.3-0.5 mm sizes and 200-300 m/sec velocities were injected in the direction of plasma core. A special experiment has been performed to check proportionality of the line radiation and ablation rate. The radiation of pellet clouds which passes through light filters (with FWHM @ 10 nm and FWHM @ 2 nm ) nearby CII line (720 nm) were measured. This has allowed us to estimate the contribution of continuum intensity I_cont to  the measured CII line intensity I_СII  to be in the order of several percents within the pellet cloud. Thus, the influence of the continuum intensity on measurements of pellet ablation rate, which was assumed to be proportional to the CII line intensity  , can be neglected. This proportionality was also confirmed by comparison of carbon pellet depositons measured by multichannel microwave interferometer with those calculated using this assumption. A reasonable agreement was observed taking into account of  both pellet ionization state profile and radial transport of the electron density perturbation after pellet injection.
    Measured profiles of the carbon ablation rate were compared with those predicted by means of the neutral shielding model. A reasonable agreement was deduced excluding some regions (2-3 cm width) at effective minor radii of about (0.7-0.5)a_sep, here a_sep @ 17 cm is effective radius of the last closed magnetic surface. In these regions the enhanced experimental ablation rate of pellets (up to 2-3 times) were measured. The reason of this phenomenon is not clear yet. Some ideas to explain this enhancement are discussed.

ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ ИНЖЕКТОР АТОМОВ ВОДОРОДА 50КВ, 1А, 10СЕК НА ОСНОВЕ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО РАЗРЯДА

И.В.Шиховцев, Г.Ф.Абдрашитов, В.С.Белкин, А.И.Горбовский, В.И.Давыденко, П.П.Дейчули, А.Н.Драничников, А.А. Иванов, В.А.Капитонов, В.В.Мишагин, А.А.Подыминогин, В.Я.Савкин, А.В.Ситников

Институт ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН, г. Новосибирск, Россия

     В докладе представлены результаты стендовых испытаний инжектора атомов водорода с энергией 50кВ, эквивалентным током 1А и длительностью импульса до 10сек. Пучок модулирован на частоте ~500Гц.
     Инжектор предназначен для диагностики плазмы в крупных плазменных установках.

ТЕОРИЯ  РАВНОВЕСИЯ  ПЛАЗМЫ  В  СТЕЛЛАРАТОРЕ И  РЕШЕНИЕ  ПРИКЛАДНЫХ  ЗАДАЧ

С.В. Щепетов,  А.В. Кузнецов

Институт общей физики РАН, Москва

   В настоящее вpемя pезко возpос интеpес к исследованию плазмы большого давления в стеллаpатоpах. Пpи этом возникает настоятельная необходимость точного pасчета стpуктуpы магнитных повеpхностей пpи pешении многих пpикладных задач. В то же вpемя, единственным численным кодом, позволяющим получить точное pешение задачи о тpехмеpном pавновесии плазмы с учетом pазpушения магнитных повеpхностей под действием плазменных токов, является код HINT [1]. Кроме того, вpемя pасчета одной конфигуpации пpи помощи этого кода столь велико, что делает этот код пpактически бесполезным пpи пpоведении сеpийных пpикладных pасчетов. Альтеpнативный подход к решению многих прикладных задач состоит в использовании упpощенных моделей.
   В пеpвой части настоящей pаботы подpобно обсуждается, какие именно упpощения можно использовать без ущеpба для тpебуемой точности задачи, а какие пpиводят к количественно и качественно непpавильным pезультатам. В качестве пpимеpа pассмотpен вопpос о возможности восстановления пpофиля давления плазмы и pаспpеделения плотности плазменного тока по pезультатам магнитных измеpений. Этот вопpос был pассмотpен в pаботах [2,3]. Так, в [2]  было пpедложено несколько методов анализа pезультатов локальных магнитных измеpений, позволяющих восстанавливать пpофили давления плазмы и плотности плазменного тока, оценена необходимая точность магнитных измеpений. В [3] был сделан вывод, что восстановление пpофилей давления и тока в плазме пpинципиально невозможно (без пpиведения, впpочем, стpогого доказательства данного утвеpждения), а нелокальные измеpения (т.е. измеpения полного тока, пpотекающего по плазме, и изменения сpедних тоpоидального и полоидального магнитных потоков) достаточны для опpеделения сpеднего давления плазмы. В настоящей pаботе показано, что pезультаты pаботы [3] являются следствием чpезмеpного упpощения задачи.
   Более того, результаты настоящей pаботы опровергают выводы работы [3]. Нами, в частности, показано, что, существуют как конфигуpации, для которых возможно (используя лишь нелокальные измерения) опpеделение пpофиля давления плазмы в pамках однопаpаметpического семейства функций, так и конфигурации, для которых невозможно с достаточной точностью (используя лишь нелокальные измерения) опpеделение даже сpеднего давления плазмы.
   Во втоpой части pаботы pассмотpен вопpос об эволюции тоpоидального потока в плазме. Анализиpуется вопpос о точности опpеделения поглощенной в плазме мощности источника внешнего нагpева по скачку пpоизводной диамагнитного сигнала.

   1. T.Hayashi, T.Sato, T.Takei. Phys. Fluids B, 1990, 2, 329.
   2. A.B.Kuznetsov, S.V.Shchepetov. Nuclear Fusion, 1997, 37, 371.
   3. V.D.Pustovitov. Fusion Engeneering and Design, 1997, 34-35, 689.

Изучение  модовой   структуры продольного тока в турбулентной плазменной струе в пробкотроне

Соколов В.Г. , Бехер С.А., Кабанцев А.А, Рева В.Б., Храмов С.Ю.

Институт Ядерной Физики им.Будкера, Новосибирск, Россия.

    При заполнении открытой ловушки АМБАЛ-М [1] стартовой плазмой используется дуговой источник с кольцевым газоразрядным каналом. В такой плазменной струе как было уже показано возбуждается низкочастотная неустойчивость Кельвина-Гельмгольца (НКГ) , которая приводит к развитой турбулентности, обуславливающей генерацию тока по плазме вдоль магнитного поля  величиной  несколько килоампер [2]. Данная работа посвящена  изучению модового состава продольного тока в плазменной струе в неоднородном аксиальносимметричном магнитном поле на установке  МАЛ.
    Полный ток измеряется поясом Роговского и секционированным плазмоприемником и достигает величины 4 кА. В спектре флуктуаций тока доминируют 3-я и 5-я гармоники основной частоты колебаний на (НКГ).  Для измерения локальных полей используется система из 6-ти магнитных зондов расположенных эквидистантно по азимуту на двух различных радиусах вне плазменной струи. Корреляционный анализ сигналов с этих зондов показывает, что третья гармоника основной частоты обусловлена третьей азимутальной модой продольного тока.
    Положение плазменной струи относительно зондов контролируется по радиальному профилю свечения на линии Н-альфа, получаемому из  томографической обработки  16-ти хордовых сигналов. По измерениям азимутальных магнитных полей с шести датчиков, с учетом положения центра шнура,  восстанавливается  как величина тока в каждом токовом филаменте, так и локализация по радиусу его центра .

    Литература.
   1. Ахметов Т.Д, Белкин В.С., Бендер Е.Д., ... Соколов В.Г. и др., Физика плазмы, 1997, т.23, N11, с. 988
   2. Кабанцев А.А., Рева В.Б., Соколов В.Г., Турбулентное динамо в открытых ловушках, Препринт ИЯФ СО РАН 97-37, Новосибирск, 1997,  Находится в печати Физика плазмы.

Термализация дозвукового потока ионов на электростатических флуктуациях в бесстолкновительной плазме.

Кабанцев А.А.

Институт ядерной физики, СО РАН, Новосибирск
Работа выполнена в "Columbia University in the City of New York"

    Известно, что ансамбль частиц с исходной функцией распределения по скоростям, отличной от максвелловской, термализуется в процессе парных столкновений. Также известно, что коллективные электростатические взаимодействия тоже способны разрушить упорядоченное движение ансамбля заряженных частиц и установить равновесную функцию распределения даже в отсутствие парных столкновений. Ярким примером такой аномально быстрой релаксации функции распределения электронов к равновесной максвелловской является парадокс Ленгмюра [1].
    В данной работе приводятся результаты экспериментальных исследований по аномальной термализации дозвукового холодного (DE/E << 1) потока ионов на электростатических флуктуациях, возбуждаемых ITG - неустойчивостью в условиях глубокого отсутствия парных столкновений. Характерные времена столкновений ионов с ионами или нейтральным газом более чем на два порядка превышали пролетное время жизни ионов.
     Исследована зависимость скорости термализации от уровня флуктуаций и величины магнитного поля. Обнаружено, что наиболее быстрым процессом является термализация ускоренного холодного потока ионов в сопутствующей ему системе координат, происходящее даже в отсутствие заметного уровня флуктуаций (dn/n<1%). С увеличением уровня флуктуаций (dn/n>1%) наблюдается релаксация потоковой скорости, сопровождаемая быстрой термализацией ионов с увеличением их температуры.

   Литература
   1. Langmuir I., Phys. Rev., 1925, 26, 585.

ПРИМЕНЕНИЕ МНОГОКАНАЛЬНОГО СУПЕРГЕТЕРОДИННОГО ПРИЕМНИКА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ЭЦИ ПЛАЗМЫ В 4-Х ММ ДИАПАЗОНЕ ДЛИН ВОЛН

Д.К. Акулина, Г.А. Гладков, *А.В. Зоренко

Институт общей физики РАН, Москва, Россия.
*Орион, Киев, Украина.

    Исследование электронно-циклотронного излучения (ЭЦИ) плазмы [1] широко применяется в эксперименте для определения многих параметров:
    а) распределение электронной температуры по радиусу шнура и его изменение за счет роста давления плазмы;
    б) изучение отклонения функции распределения электронов от Максвелловской функции;
    в) определение области поглощения СВЧ мощности по сечению шнура при ЭЦР нагреве (с помощью высокочастотной модуляции СВЧ мощности);
    г) определение коэффициентов теплопроводности плазмы (с помощью низкочастотной модуляции мощности).
    Эти исследования возможно проводить при одновременном исследовании спектра излучения электронов на многих частотах. Наиболее перспективным вариантом построения схемы многоканального приемника оказался вариант с двойным гетеродинированием частоты исследуемого излучения [2]. Разработанная схема и созданный приемник обладает высокой чувствительностью. Для кросс-калибровки каналов приемника была применена газоразрядная лампа с известной шумовой температурой, работающая в модуляционном режиме. Чувствительность каналов составляет примерно 30kT₀. Приемник обладает большим динамическим диапазоном, порядка 40-45 дб, что необходимо при измерениях ЭЦИ сигналов при модуляции СВЧ мощности.
    Для измерения ЭЦИ излучения плазмы была создана и установлена на стеллараторе Л-2М специальная рупорно-линзовая антенна с переносом изображения в область оптимального магнитного поля (HFS).

Работы выполнены при поддержке Российского Фонда Фундаментальных исследований по гранту № 96-02-16107a.

   Литература.
   [1] Akulina D.K. Course on «Diagnostics for fusion reactor condition», Varenna, 1982 №1, р.167-187.
   [2] M.Verreck, C.A.J.Hugenholts Proceedings of EC-7, Hefei, 1989.

ПОПЕРЕЧНЫЙ ТОК НА ПЕРИФЕРИИ СТАРТОВОЙ ПЛАЗМЫ ОТКРЫТОЙ ЛОВУШКИ АМБАЛ-М

Таскаев С. Ю.

Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН, Новосибирск, Россия

   В концевом пробкотроне установки АМБАЛ-М при использовании только плазменной пушки без дополнительных методов нагрева получена горячая мишенная плазма, пригодная для дальнейшего нагрева атомарной инжекцией и вводом СВЧ-мощности [1]. Выяснено, что поддержание высокой электронной температуры (50 эВ) в пробкотроне не может обеспечиваться только нагревом электронов от более горячих ионов в результате кулоновских столкновений [1]. Значительное влияние на нагрев электронов должен оказывать продольный электронный ток величиной порядка 1 кА, текущий от плазменной пушки и экспериментально регистрируемый на всей длине установки [2]. Учёт джоулева нагрева, полагая проводимость спитцеровскую, также не позволяет замкнуть энергобаланс электронного компонента [1]. В настоящее время законченной картины происходящих процессов, согласующейся со всеми экспериментально измеренными параметрами, нет. Основная сложность связана со множественностью процессов и значительным изменением плазмы в неоднородном магнитном поле. На пути решения сложной задачи описания нагрева электронов ставится конкретно сформулированная частная задача, решению которой посвящается данная работа.
   В работе проведено изучение замыкания тока в транспортирующей области. Предполагается, что текущий ток поглощается торцом установки, возвращается по проводящей вакуумной камере и замыкается в транспортирующей области по периферии плазмы. В нескольких сечениях ленгмюровскими зондами измерены радиальные распределения плотности плазмы и плавающего потенциала, а магнитным зондом — радиальные распределения плотности продольного тока. Подробно рассмотрены основные классические (столкновительные) процессы, приводящие к поперечному току.
   Выяснено, что основные механизмы обеспечения квазинейтральности плазмы следующие: классическая неамбиполярная поперечная диффузия ионов в результате ион-ионных столкновений; поперечный ток в положительном радиальном электрическом поле в результате кулоновских столкновений между электронами и ионами; увеличение поперечного ионного тока из-за флуктуаций проводимости турбулентной плазмы в радиальном электрическом поле; продольный электронный ток с выступающего заземлённого корпуса соленоида на анод пушки (с момента времени 1,2 мс).
   В данных экспериментах точность измерения параметров плазмы такова, что возможно утверждение о достаточности первых двух классических (столкновительных) механизмов для обеспечения квазинейтральности плазмы.
   В работе уточнена и расширена принятая модель для продольного тока как части тока разряда плазменной пушки.

   1. Ахметов Т. Д., Белкин В. С., Бендер Е. Д. и др. Физика плазмы, 23 (1997) 988.
   2. Ахметов Т. Д. , Давыденко В. И., Кабанцев А. А. и др. Препринт 97-4. Новосибирск: ИЯФ СО РАН, 1997.

РАСЧЁТ ВАКУУМНЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ЛОВУШКИ-ГАЛАТЕИ "ОКТУПОЛЬ".

Ю.А. Ермаков*), А.И. Морозов**)

*) Московский институт радиотехники, электроники и автоматики,Москва,Россия
**) ИЯС, Российский научный центр "Курчатовский институт",Москва,Россия

    В работе [1] предложена схема ловушки - галатеи на основе октупольной конфигура-ции магнитного поля. Там указано, что кроме катушек - миксин, для силовой разгрузки и коррекции поля в систему следует ввести опёртые проводники. Дело в том, что симметрия октупольного поля, создаваемого катушками в случае не слишком малых аспектов существенным образом отличается от поля высокой симметрии прямых проводников. В частности, при сворачивачивании в тор те же токи в проводниках, создают значительно меньшее барьерное поле, чем это ожидается из анализа прямой ситуации. Это связано с тем, что в этом случае влияние второй, замыкающей, части катушек проявляется в ослаблении поля во внешней области (рис. 1)

 а)   б)

    Рис. 1. Картина поля тороидального октуполя. Диаметр системы 0.7 м.
а) силовые линии;  б) линии уровня модуля В;  в) сечение поверхности В(z,r) вдоль прямой z=0.
    В данной работе мы определили соотношение токов в катушках системы (миксинах, расталкивателях и компенсаторах), позволяющее максимальным образом приблизить симметрию поля к плоской и уменьшить силы, действующие на миксины. При этом ока-залось, что этого можно добиться, если полный ток через аксиальную полуплоскость системы сделать равным нулю. Результат расчётов приведён на рис 2.

  а)   б)

    Рис. 2. Окончательная картина поля тороидального октуполя с расталкивателями и компенсаторами. Токи в расталкивателях J_раст =J₅= J₆= = -1.25 J_микс, токи в компен-саторах J_комп  =J₇= J₈= = -0.75 J_микс.

   Литература.
   1. А.И. Морозов. Оценка масштабов экспериментальной ловушки-галатеи с плазмой термоядерных параметров (ЭЛТЯП). Тез.докл.24й Звениг. конф по физ.пл.и УТС,1997, стр. 60.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАЗМЫ В ЛОВУШКЕ ЭРЛ-М “АВОСЬКА”

А.И. Морозов*), А.И. Бугрова, А.М. Бишаев, М.В. Козинцева, А.С. Липатов, В.А. Невровский, В.К. Харчевников

*) ИЯС, Российский научный центр "Курчатовский институт",Москва,Россия
**) Московский институт радиотехники, электроники и автоматики,Москва,Россия

    Продолжены исследования электроразрядной мультипольной ловушки-галатеи ЭРЛ-М “Авоська”. Исследования проводились в ксеноновой плазме стационарного разряда при величине барьерного магнитного поля 20 Э.
    Основное внимание уделено влиянию положения катода на формируемую плазменную конфигурацию. В предыдущих исследованиях [1,2] катод располагался в точке, обеспечивающей экстремальные характеристики плазмы (смещение к оси от “нуля” магнитного поля на 1/5 радиуса окружности “нуля”). В данном случае катод располагался практически в “нуле” магнитного поля. Установлено, что плазма  хорошо заполняет сепаратрисы магнитного поля, охватывающие миксины ловушки.
    Образующаяся плазменная конфигурация имеет по сравнению с ранее наблюдавши-мися [1,2] бульшие размеры при мйньшей электронной температуре (последняя меньше примерно на 30 %). Концентрация заряженных частиц равна (2-4)·10¹⁰ см^-3. Потенциальная яма для ионов в этом случае оказывается мельче по сравнению с ранее наблюдавшейся примерно в 2,5 раза
    Полученные результаты хорошо согласуются с моделью ловушки с классической проводимостью [3].

   Литература.
   1. А.И. Бугрова, А.С. Липатов, А.И. Морозов, В.К. Харчевников. Физика плазмы, 1993, т.19. № 12, стр 1411.
   2. А.И. Бугрова, А.С. Липатов, А.И. Морозов, В.К. Харчевников, Тезисы докл. 24-й Звенигородской конференции по физике плазмы и УТС, 1997, стр 63.
   3. А.И. Морозов, там же, стр 30.

ОБЛИК МИКСИНЫ ДЛЯ ТЕРМОЯДЕРНОГО РЕАКТОРА “ГАЛАТЕЯ”.

А.И. Морозов*), В.А. Невровский**), В.И. Пистунович*)

*) ИЯС, Российский научный центр "Курчатовский институт",Москва,Россия
**)МАТИ им К.Э.Циолковского, Москва, Россия

    Миксина представляет собой проводник с током, омываемый плазмой и предназ-наченный для создания необходимых магнитных конфигураций в реакторах-галатеях [1]. Создание миксин ставит ряд инженерных проблем. В отличие от [2], здесь рассматривается возможная конструкция миксины для работы не в стационарном, а в демонстрационном импульсном термоядерном реакторе с длительностью импульса до 1000 с, для которого в [3] была предложена трёхоболочечная радиационно-аккумуля-ционная схема функционирования миксины.
    Вся конструкция миксины условно разделяется на 3 оболочки.
    Наружная оболочка к концу рабочего импульса нагревается до ~1800°С и сбрасывает тепловым излучением в этом состоянии до ~90 % энергии, приходящей из плазмы.
    Средняя оболочка представляет собой ряд слоёв из поглощающих нейтроны и гам-ма-излучение материалов (вольфрам, нержавеющая сталь, вода). Для защиты центральной сверхпроводящей хорды от нагрева используется теплоёмкость материа-лов и межслойная изоляция.
    Внутренняя оболочка содержит сверхпроводящую хорду (Nb₃St), омываемую жидководородной шугой.
Для расчёта теплового состояния оболочек миксины предварительно методом переноса нейтронов были вычислены мощности, выделяющиеся в слоях. Эти данные позволили выбрать приемлемый вариант распределения поглощающих материалов в оболочках миксины, выбрать эти материал, рассчитать размеры тепловых мостов между слоями с учётом прочности миксины и оценить её габариты. При потоке нейтронов, эквивалентном по мощности 1 Мвт/м², малый радиус тора миксины может составлять 0,85 м.
    При современном развитии техники и имеющихся материалах нет принципиальных трудностей в создании радационно-аккумуляционной миксины для работы в термоядерном реакторе с длительностью импульса 1000 с.

   Литература.
   1. А.И. Морозов. О “Галатеях” - ловушках с проводниками,омываемыми плазмой. Физика плазмы, т.18. стр. 305, 1992.
   2. Морозов А.И., Хрипунов В.И. Физика плазмы. т. 18, №7, с. 838, 1992.
   3. А.И. Морозов, В.А. Невровский, В.И. Пистунович. Концепция миксины для опытного реактора “Галатея”. 6-я Всероссийская конференция “Интегральные проблемы термоядерных реакторов”. Тезисы докладов, стр 21, С.-Петербург, 1997.

 ПЛАЗМЕННАЯ ЛОВУШКА-ГАЛАТЕЯ “ОКТУПОЛЬ”

А.И. Морозов*), А.И. Бугрова**), А.М. Бишаев**), Ю.А. Ермаков**), А.С. Липатов**), А.А. Пушкин**)

*) ИЯС, Российский научный центр "Курчатовский институт",Москва,Россия
**) Московский институт радиотехники, электроники и автоматики,Москва,Россия

    В МИРЭА в конце 1997 года создана установка с мультипольной плазменной ловуш-кой-галатеей “Октуполь” с четырьмя миксинами. Целесообразность создания ловушки такого типа объясняется наличием у неё существенных отличий от мультипольной ловушки-галатеи ЭРЛ-М (“Авоськи”).
    Возможная схема октупольной ловушки с термоядерными параметрами была описана в [1]. Созданная ловушка имеет следующие конструктивные параметры:
·  число магнитных катушек - 8 (в том числе миксин - 4);
·  наружный диаметр - 900 мм;
·  высота -380 мм;
·  масса - 45 кг
    Каждая магнитная катушка крепится к каркасу ловушки шестью подвесами, выполненными из нержавеющей трубки диаметром 8 мм. При создании ловушки особое внимание было уделено разгрузке миксин от взаимного притяжения и устранению влияния эффекта тороидальности на конфигурацию магнитного поля [2].
    В созданной ловушке предусмотрено импульсное питание магнитных катушек и разряда.
    Длительность импульса магнитного поля ~30 мс, ток в магнитных катушках до 500 А на виток, барьерное магнитное поле в максимуме импульса тока ~1000 Э.
    Длительность импульса разряда ~ 10 мс, напряжение разряда до 2 кВ, разрядный ток в максимуме ~10 А.
    В дальнейшем намечается исследовать разные методы создания плазмы: индукционный и прямую инжекцию плазмы из ускорителя. По ходу исследований предполагается уменьшить потери плазмы на подвесах миксин за счёт модернизации конструкции подвесов, вплоть до создания миксин без подвесов.
    Конечной целью исследований на ловушке-галатее “Октуполь” является получение следующих параметров плазмы:
·  концентрация n = 10¹³ см^-3;
·  суммарная температура электронов и ионов Т_е + Т_i = 1 кэВ;
·  энергетическое время удержания плазмы ~ 1 мс.

   Литература.
   1.  А.И. Морозов. Оценка масштабов экспериментальной ловушки-галатеи с плазмой термоядерных параметров (ЭЛТЯП). Тез.докл.24й Звениг. конф по физ.пл.и УТС,1997, стр. 60.
   2. Ю.А. Ермаков и А.И. Морозов. Расчёт вакуумных магнитных полей ловушки-галатеи "Октуполь". Доклад на настоящей конференции.

ВЧ АНТЕННЫ ДЛЯ ИЦР РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗТОПОВ

Тимофеев А.В.

ИЯС, РНЦ “Курчатовский институт”, Москва

    Успех экспериментов по ИЦР разделению изотопов в значительной степени зависит от правильного выбора антенны, используемой для селективного нагрева  ионов выделяемого изотопа. Не слишком высокая степень разделения, достигнутая на настоящий момент, по-видимому, связана с особенностями конструкции винтовых антенн, которые применяются для ВЧ нагрева в современных установках. А именно, из-за малой толщины токовых шин такие антенны возбуждают ВЧ поля с широким спектром по волновому числу в направлении вдоль основного магнитного поля, что ведет к перкрытию линий циклотронного резонанса различных изотопов. Для устранения этого недостатка нами предложена антенна в виде двух спиралей, целиком покрывающих поверхность некоторого цилиндра, окружающего плазменный шнур. Такая антенна должна возбуждать ВЧ поля с минимально возможными значениями продольного  волнового числа, по порядку величины равными обратной продольной длине антенны.   Проведенный нами анализ показал, что предлагаемая спиральная антенна обладает и другими привлекательными свойствами: ее добротность сравнительно низка и она пригодна для возбуждения первой азимутальной моды, наиболее эффективно взаимодействующей с плазменным шнуром. Все это делает спиральную антенну оптимальной для использования в системах по ИЦР разделению изотопов.

ОБ ЭЦ  -  НАГРЕВЕ ПЛАЗМЫ В ТОКАМАКАХ ПРИ ВЕРТИКАЛЬНОМ ВВОДЕ  СВЧ - МОЩНОСТИ

 М.А. Гаврилова (докладчик),  М.Д.Токман.

ИПФ РАН, Н.Новгород, Россия

    Обсуждаются особенности поглощения ЭЦ - волн в тороидальной плазме при вертикальном вводе СВЧ - мощности; этому варианту электронно - циклотронного взаимодействия волн с плазмой в тороидальных системах соответствует  минимальный размер зоны энерговыделения. В настоящее время  данная геометрия ввода ЭЦ - волн является привлекательной в схемах  подавления МГД -  неустойчивостей плазмы.
    В данной работе  ( см. также [1] ) рассмотрен “экстремальный“ с точки зрения минимизации размера зоны энерговклада вариант, когда геометрооптическая каустика волнового поля совмещена с точкой  “отсечки“ циклотронного резонанса из-за  релятивистского сдвига гирочастоты электронов. Показано, что в этом случае отражение СВЧ - мощности от резонансной зоны составляет не менее 60 % при ЛЮБЫХ  геометрических параметрах установки.

   Литература.
   1. М.А.Гаврилова, М.Д.Токман.  Физика плазмы, 1998, в печати.

О ВОЗМОЖНЫХ ПУЧКАХ ЧАСТИЦ В КОСМИЧЕСКИХ ГАММА-ВСПЛЕСКАХ

 Власов В.П., Жданов С.К., Трубников Б.А.

 Институт ядерного синтеза РНЦ "Курчатовский институт"

    В 1997 г. были открыты послесвечения космических гамма-всплесков (ГВ) в рентгеновском, оптическом и радио-диапазонах волн. Для ГВ, случившегося 8 мая, в спектре обнаружены тонкие линии с красным смещением $z=0.835$, которое, скорее всего, обусловлено большой удаленностью источника на расстояние 5 Гпс. В предположении изотропности излучения ГВ это требует выделения большой энергии, которое, как полагают, возможно при слиянии двух нейтронных звезд.
    Однако, по нашему мнению, такая космологическая интерпретация ГВ все же не может считаться окончательно установленной. Ранее в ряде наших [1] работ была рассмотрена гипотеза о возможности рождения ГВ в процессе тормозного излучения узконаправленного пучка электронов, ускоренных до ультрарелятивистских энергий в разрядах своеобразных космических "молний-пинчей". В работе [2] также допускается, что ..."ГВ могут оказаться узконаправленными, быть может в телесном угле порядка 10^{-5} страд, и в этом случае оценка требуемой для них энергии может быть соответственно уменьшена"...
    Гипотеза [1] в принципе позволяет объяснить также и красное смещение линий в спектре ГВ не большим расстоянием до источника, а наличием двух групп удаляющихся от нас ионов. Такие потоки ионов должны существовать, если допустить, что регистрируются лишь такие ГВ, которые порождены узкими пучками электронов, летящих в направлении к Земле, тогда как лучи от потоков электронов с другими направлениями слишком слабы и не регистрируются нашими приборами.
    В данной работе даны оценки этих возможностей, не требующих большой космологической удаленности и большого энерговыделения в источниках ГВ.

   [1] Б.А. Трубников, В.П. Власов, С.К. Жданов,  Письма ЖЭТФ (1996),   64, N 4, 225; УФН (1997), 167, N 3, 345; ЖЭТФ (1997), 111, N 2, 385
   [2] B. Paczynski, J.E. Rhoads, Astrophysical Journal (1993), 418, L5

ФОРМИРОВАНИЕ ВНУТРЕННЕГО ТРАНСПОРТНОГО БАРЬЕРА В ОМИЧЕСКОЙ Н-МОДЕ НА ТОКАМАКЕ ТУМАН-3М

А.С. Тукачинский, М.В. Андрейко, Л.Г. Аскинази, В.Е. Голант, В.А. Корнев, С.В. Крикунов, С.В. Лебедев, Л.С. Левин, Г.Т. Раздобарин, В.В. Рождественский, А.И. Смирнов, С.П. Ярошевич

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, 194021, С.-Петербург, Россия

    Возникновение внутреннего транспортного барьера в токамаках обычно наблюдается в экспериментах с дополнительным нагревом и связано с формированием отрицательного магнитного шира и значительного градиента скорости вращения в центральной области плазмы [1]. Подобные условия создаются путем нагрева плазмы на стадии подъема тока.
    В экспериментах по исследованию Омической Н-моды на токамаке ТУМАН-3М было обнаружено наличие области с резким изменением электронной температуры и плотности внутри плазменного шнура. При этом время удержания энергии t_E (12-20ms) вдвое превышало предсказания скейлинга ITER-93H. Эти обстоятельства позволили предположить существование внутреннего транспортного барьера в плазме без дополнительного нагрева [2].
    Описываемые эксперименты проводились при следующих параметрах плазмы: R₀=0.53m, a=0.22m, B_т~0.8T, I_p~175kA, <ne>Ј6.2Ч10¹⁹m^-3. Анализ транспорта энергии на основе экспериментально измеренных профилей электронной температуры и плотности, проведенный с помощью транспортного кода АСТРА, показал наличие областей с существенно различными коэффициентами теплопереноса в области 1<q(r)<2. В работе предприняты попытки объяснения формирования внутреннего транспортного барьера влиянием нестационарного профиля плотности тока, формирующегося в начальной стадии разряда, на радиальное электрическое поле, возникновение которого может приводить к снижению коэффициентов переноса [3].

 Работа выполнена при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных исследований (Гранты No: 96-15391, 97-02-18051) и Министерства науки РФ (Грант No: 01-06 (TUMAN-3M).

   ЛИТЕРАТУРА
   1. Levinton M. et al, Phys. Rev. Lett., 1995, v.75, p. 4417
   2. Lebedev S.V. et al, to be published in Proc. VI-th H-mode Workshop, Kloster Seeon, 1997.
   3. Budnikov V. et al, submitted to Plasma Phys. Control. Fusion, 1997.

CТАТИСТИЧЕСКИЕ  СВОЙСТВА  И  РАДИАЛЬHАЯ  СТРУКТУРА ТУРБУЛЕHТHОСТИ  В  КРАЕВОЙ  ПЛАЗМЕ  СТЕЛЛАРАТОРА  Л-2М

С.В. Щепетов, К.А. Сарксян, Н.Н. Скворцова, О.И. Федянин, Н.К. Харчев, Ю.В. Хольнов

Институт общей физики РАН, Москва

К. Идальго, Б. Миллиген, М.-А. Педроза, Е. Санчез
Ассоциация Евратом-Сиемат, Мадрид

    В работе исследуются статистические свойства и радиальная структура  флуктуаций  плазменных  параметров, а также турбулентный перенос в приграничнойй области стелларатора  Л-2М.
    Относительная величина   флуктуаций   лежит   в  пределах 3 - 20 %  ,  спектр флуктуаций ограничен сверху величиной  300 кГц. Турбулентный   поток  имеет  ярко  выраженную  вспышечную структуру. Для  приграничных магнитных  поверхностей,  лежащих внутри сепаратрисы, когерентность флуктуаций в радиальном направлении обеспечивается в области высоких частот ( > 100 кГц), в то  время  как  когерентность флуктуаций в полоидальном направлении связана с низкими частотами ( < 100  кГц). Проводится сравнение когерентных спектров флуктуаций плазмы внутри и вне сепаратрисы.
    Проведен теоретический  анализ  устойчивости  резистивных перестановочных МГД-мод, развитие которых  является  наиболее вероятным физическим механизмом,  обеспечивающим развитие турбулентности с наблюдаемыми свойствами.

ИССЛЕДОВАНИЕ ТУРБУЛЕНТНОСТИ В ЦЕНТРАЛЬНЫХ ОБЛАСТЯХ ПЛАЗМЫ Т-10 МЕТОДОМ КОРРЕЛЯЦИОННОЙ РЕФЛЕКТОМЕТРИИ В РЕЖИМАХ С ПИКИРОВАННОЙ ПЛОТНОСТЬЮ И ПРИ ЭЦ НАГРЕВЕ ПЛАЗМЫ

Вершков В.А., Солдатов С.В., Шелухин Д.А., Чистяков В.В.
Институт Ядерного Синтеза, РНЦ “Курчатовский Институт”, 123182, Москва, Россия

     Приводятся результаты исследований мелкомасштабных флуктуаций плотности плазмы в области частот от 10 до 400 кГц. Измерения проводились с помощью корреляционного гетеродинного рефлектометра [1] на обыкновенной моде в диапазоне 36ё78 ГГц, что соответствует плотностям от 1.6х 10¹³ см^-3 до 7.5х10¹³ см^-3.
     Цель - анализ изменений амплитуды, спектральных и корреляционных свойств ранее наблюденных типов [2] турбулентности при изменении параметров разряда.
    Омическая плазма с T_i» T_e вблизи предела по критической плотности в «S» и «B» режимах (SOC, IOC [3]) получалась при изменения интенсивности газонапуска или инжекции дейтериевой пеллеты. Благодаря использованию высоких частот зондирования, удалось проследить динамику изменения турбулентности при отключении газонапуска в центральной зоне с повышенным удержанием и аккумуляцией примеси. При этом для трех различных фиксированных частот зондирования поведение турбулентности было аналогичным. Высокий уровень турбулентности, обусловленный присутствием сильных флуктуаций с широким спектром, начинал уменьшаться после отключения газонапуска вплоть до некоторой минимальной величины. После этого уровень турбулентности опять начинал расти из-за возникновения вспышек «квазикогерентных» флуктуаций. Минимум флуктуаций достигался позже на больших частотах, что соответствует распространению волны подавления турбулентности к центру шнура. При этом минимум всегда возникал после достижения максимальной ширины шнура при данной критической плотности. Ускорение полоидального вращения турбулентности после прохода минимума есть подавление флуктуаций широм скорости. Природа остаточной в минимуме турбулентности пока не ясна. Возможно она связана с электронным переносом, который слабо меняется при переходе режима из SOC в IOC моду (ASDEX [3]). Аналогичные подавления турбулентности наблюдались при пеллет-инжекции, при вторичном поддуве рабочего газа и на спаде полного тока плазмы в конце разряда.
    Электронно-горячая плазма с T_e>>T_i получалась при интенсивном ЭЦН мощностью до 1 МВт. Исследовались зависимости от вложенной мощности нагрева и вариации профиля электронной температуры при центральном и периферийном нагревах. Характерной особенностью являлось наличие в приемных сигналах сильных вспышек колебаний с шумовым спектром, связанных с собственным излученим плазмы, и сильное уменьшение полоидальной когерентности. В то же время скорость вращения и амплитуда флуктуаций меняются слабо.
    В работе обсуждаются возможные физические механизмы турбулентности.

   Литература
   1.  Vershkov V.A., et al, 21 EPS Conference on Contr. Fus. And Plasma Phys.,Montpellier, 1994, Vol. 18B, Part III, p. 1192.
   2. Vershkov V.A. et al, 16^th IAEA Conference in Plasma Phys. and Contr. Fus. Res., Montreal, 1996, Vol. 1, IAEA, Vienna (1997) 519.
   3. Fussmann G., et al, 12^th IAEA Conference in Plasma Phys. and Contr. Fus. Res., Nice, 1988, Vol. 1, IAEA, Vienna (1989) 145.

АНАЛИТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДИНАМИКИ ТИРИНГ-НЕУСТОЙЧИВОСТИ ПЛОСКОГО ТОНКОГО ТОКОВОГО СЛОЯ С УЧЕТОМ ДАВЛЕНИЯ ПЛАЗМЫ.

Власов В.П., * Жданов С.К.

ИЯС РНЦ “Курчатовский институт”, Москва, Россия
МИФИ, Москва, Россия

     В настоящей работе обсуждается динамика филаментации тока в тонком токовом слое с помощью динамической модели ( здесь Н - оператор Гильберта):

(1)           r(¶_tv+v¶_xv)=grHr_*-¶_xp,
(2)           ¶_tr_*+¶_x(r_*v)=0,

(3)          g²=g|k|-c²k²,    с² = c_s²¶lnr/¶r_*,    c_s²=¶p/¶r,

   Литература.
   1. Трубников Б.А., УФН. 1990, т. 160, вып. 12, стр. 167.
   2. Сыроватский С.И., Буланов С.В., Догель В.А., Физика солнечных вспышек, в сб. “Итоги науки и техники”, сер. Астрономия, т. 21, стр. 188.

ДВА ПРЕДЕЛЬНЫХ СЛУЧАЯ В ТЕОРИИ ТИРИНГ НЕУСТОЙЧИВОСТИ ТОНКОГО ТОКОВОГО СЛОЯ

Власов В.П., * Жданов С.К.

ИЯС РНЦ “Курчатовский институт”, Москва, Россия
* МИФИ, Москва, Россия

     Тиринг-неустойчивость и связанное с ней явление пересоединения силовых линий магнитного поля и образования магнитных островов является одним из фундамен-тальных явлений в физике нейтральных токовых слоев (ТС). Тиринг мода с физической точки зрения может интерпретироваться как результат пинчевания распределенного ТС - своего рода неустойчивости к “слипанию” за счет взаимного притяжения отдельных “элементарных” токовых нитей, на которые можно разбить слой [1,2], сопровождающегося разрывом слоя на фрагменты. Таким образом, разрыв и слипание, казалось бы исключающие друг друга явления, органически сочетаются при развитии неустойчивос-ти. Это фундаментальное обстоятельство, однако, своеобразно проявляется, например, в теории неустойчивости тонкого ТС: к настоящему времени сложилось два, на первый взгляд противоположных, подхода [3,4]. В настоящей работе в рамках двухжидкостной гидродинамики показано, что предложенные в [3,4] нелинейные динамические модели - это две стороны одной медали, не исключающие, а взаимодополняющие друг друга, и отвечающие двум предельным случаям по параметру  e=d²/(al). Здесь d - длина вакуумного скин-слоя, a - толщина невозмущенного слоя, l - характерная длина возмущения. Это обстоятельство ранее не отмечалось, но полезным образом дополняет теорию тиринг-неустойчивости тонкого ТС. Эти пределы аналогичны, как оказывается, известным приближениям “мелкого” и “глубокого” слоя в гидродинамической неустойчивости “опрокинутой” воды. При этом предел длинных волн совпадает с “квазичаплыгинской” динамической системой Буланова, Сасорова [3], а предел коротких волн отвечает феноменологической модели Трубникова [4] слипания “элементарных” токов. В последнем случае неизбежен сильный коллапс с возникновением токовых нитей, захватывающих конечный ток.

   Литература.
   1. Галеев А.А., “Основы физики плазмы” под общей ред. Сагдеева Р.З., Розенблюта М.Н., М.: Энергоатомиздат, 1984, т. 2, стр. 331-362.
   2. Кадомцев Б.Б., УФН, 1987, т. 151, стр.3.
   3. Буланов С.В., Сасоров П.В., Физика плазмы, 1978, т. 4, стр. 746.
   4. Трубников Б.А., УФН, 1990, т. 160, стр. 167.

ДИАГНОСТИКА ПРОДУКТОВ ТЕРМОЯДЕРНОЙ DD-РЕАКЦИИ НА ТОКАМАКЕ Т-10

Поповичев С.В., Заверяев В.С., Павлов Ю.Д., Храменков А.В., *Майсюков В.Д., *Шевченко А.П., *Соколов В.П.

 РНЦ "Курчатовский Институт", Институт ядерного синтеза, Москва, Россия
* НИЦ "СНИИП", Москва, Россия

     Описывается диагностический комплекс, используемый для исследования поведения продуктов синтеза и измерения параметров плазмы на установке Т-10. Комплекс состоит из многоканального монитора нейтронов и спектрометра неудерживаемых заряженных продуктов термоядерной реакции - тритонов и протонов.
     Представлены результаты измерений в различных режимах токамака, в том числе с электоронно-циклотронным резонансным нагревом (ЭЦРН). Временной ход термоядерного излучения при ЭЦРН отражает процессы нагрева и охлаждения ионной компоненты плазмы. По энергетическим спектрам термоядерных протонов и тритонов определена ионная температура. Обнаружены пилообразные колебания нейтронного излучения и "следы" этих колебаний на потоках заряженных продуктов синтеза (ЗПС). Обсуждается возможное использование этого явления для диагностики плазмы.  Приводятся результаты измерений распределения потоков ЗПС по питч-углам. Измерена зависимость потоков ЗПС от горизонтального смещения плазменного шнура, целью которых было измерение градиента ионной температуры.
     Предлагается оригинальная идея использовать один кремниевый ППД с набором фольг-замедлителей и, соответственно, один спектрометрический тракт для измерения распределения потока ЗПС по питч-углам.  Перспективной целью таких измерений является определение профиля источника реакций синтеза и профиля плотности тока плазмы.  Приведены  предварительные результаты по отработке предлагаемой методики на установке Т-10.

ЧИСЛЕННЫЙ СТОХАСТИЧЕСКИЙ АНАЛОГ КИНЕТИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ ЭЙНШТЕЙНА-ФОККЕРА

Г.И. Змиевская

ИПМ им. М.В. Келдыша Российской Академии Наук

    Флуктуационная неустойчивость, например, возникающая в задачах магнитной гидродинамики (желобковые возмущения, параметрическая неустойчивость плазмы с конечной проводимостью и др.) ранее исследована с помощью стохастических уравнений Ланжевена для параметрически возмущаемых осцилляторов [1].
    Нами использованы стохастические дифференциальные уравнения (СДУ) Ито-Стратоновича с нелинейными коэффициентами [2] и разработан метод численного моделирования нелинейного Броуновского движения (БД), как аналога кинетических уравнений Фоккера-Эйнштейна и Крамерса (ФК) в предположении, что их стохастический аналог является Марковским случайным процессом. Метод стохастического моделирования [2] допускает обобщение и на случай БД с немарковскими свойствами.
    Численный анализ динамики осцилляторов Бонхофера, Дюффинга-Ван дер Поля  и др.позволяет анализировать решение уравнений ФК для ряда принципиальных приложений в том числе сформулировать требования на свойства и амплитуду шума, приводящего к дестабилизации конкретной физической системы, описываемой моделями осцилляторов.

Работа частично поддержана грантом РФФИ 97-02-17627.

   Литература.
   1. Буц В.А., Моисеев С.С., Шавва И.И. Универсальная флуктуационная неустойчивость плазмы в МГД приближении."Физика плазмы", 1990 т.16, вып.7, 771-778
   2. Змиевская Г.И. Численные стохастические модели неравновесных процессов "Математическое моделирование", 1996, N11, 3-40

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СИСТЕМА СФЕРИЧЕСКОГО ТОКАМАКА ГЛОБУС-М

Сахаров Н.В., Беляков В.А.*, Гардымов Г.П.⁺, Голант В.Е., Гусев В.К., Дворкин Н.Я.⁺, Кавин А.А.*, Коротков В.А.*, Косцов Ю.А.*, Кузьмин Е.Г.*, Малков А.А.*, Миков В.В.⁺, Минаев В.Б., Миронов И.А.*, Новохацкий А.Н., Панин А.Г.*, Подушникова К.А., Сойкин В.Ф.*, Шпейзман В.В., Узлов В.С.

ФТИ им.А.Ф.Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия
* НИИЭФА им Д.В.Ефремова, Санкт-Петербург, Россия
⁺ ГП "Ленинградский Северный завод", Санкт-Петербург, Россия

    Сферический токамак Глобус-М (R=0.36 м, a=0.24 м, R/a=1.5, B_TЈ0.6 Tл, I_pЈ0.5 MA) находится в завершающей стадии своего изготовления. Закончено изготовление вакуумной камеры и опорной структуры установки. Полностью изготовлен и испытан комплект обмоток полоидального магнитного поля. Завершается изготовление обмоток тороидального магнитного поля и центральной колонны электромагнитной системы.
    Девять пар обмоток полоидального магнитного поля изготовлены из медного проводника с отверстием для водяного охлаждения. Количество и расположение обмоток позволяет скомпенсировать рассеянное магнитное поле центрального соленоида, создавать магнитные конфигурации плазмы с двумя Х-точками и вертикальной вытянутостью до величины 2.1, а также управлять вертикальным и горизонтальным положением плазменного шнура через контуры с обратной связью.
    Центральный соленоид, рассчитанный на расход магнитного потока ±0.155 Вґсек при токе ±70 кА, намотан в два слоя из высокопрочного проводника с исходным трапецеидальным сечением размером примерно 20ґ20 мм², внутренним отверстием диаметром 6 мм и непрерывной длиной 66 м. Данный уникальный проводник изготовлен из холоднокатаной меди с добавкой серебра в Финляндии на фирме OUTOKUMPU. Габаритный диаметр соленоида 200 мм, длина катушки - 1.3 м. Для отработки технологии изготовления соленоида были изготовлены и испытаны два макета с полномасштабным радиусом и длиной 1/6 полной длины.
    Обмотка тороидального магнитного поля состоит из 16-ти одновитковых катушек, соединенных последовательно. Центральная часть обмотки представляет собой стержень диаметром 112 мм, состоящий из 16-ти изолированных бронзовых сегментов длиной ~ 2.4 м с впаянными трубками для водяного охлаждения. Стержень помещается внутри отверстия центрального соленоида, намотанного отдельно на съемной бобине. Суммарный ток через стержень достигает величины 1.2 МА. Для усиления конструкции стержня относительного крутящего момента соседние сегменты связаны между собой изолированными штифтами.
    Окончательная сборка токамака Глобус-М будет завершена во втором квартале 1998 года. Токамак будет установлен в специально построенном экспериментальном зале площадью 300 м² в ФТИ им.А.Ф.Иоффе. Основные обмотки электромагнитной системы токамака будут подключены к имеющимся в ФТИ источникам питания (тиристорным выпрямителям) суммарной мощностью 125 МВт.