РЕЖИМЫ С ОБОСТРЁННЫМ ПРОФИЛЕМ ПЛОТНОСТИ ПЛАЗМЫ И УЛУЧШЕННЫМ УДЕРЖАНИЕМ ИОННОЙ КОМПОНЕТЫ ПРИ ИНЖЕКЦИИ ДЕЙТЕРИЕВОЙ ПЕЛЛЕТЫ И ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ ЭЦР-НАГРЕВОМ В ТОКАМАКЕ Т-10.

А.А. Борщеговский, А.В. Горшков, Ю.В. Готт, В.С. Заверяев, А.М. Какурин, Н.А. Кирнева, В.А. Крупин, С.В. Крылов, В.В. Матвеев, Т.Б. Мялтон, Ю.Д. Павлов, В.В. Питерский, В.В. Прут, И.Н. Рой, В.В. Санников, М.Б. Сафонова, А.В. Сушков, В.М. Трухин, А.В. Храменков, В.В. Чистяков.

ИЯС РНЦ "Курчатовский Институт", Москва, Россия.

    Во время экспериментальной кампании 1999г. на установке Т-10 были продолжены эксперименты с инжекцией дейтериевой пеллеты. Основные параметры плазмы в этих режимах были: Ip 250 ё 300 kA, ne 2 ё 3·1013 см-3, PECRH 400 ё 700 кВт. Инжекция дейтериевой пеллеты проводилась во время импульса дополнительного ЭЦР-нагрева.
    Основными результатами этих экспериментов являются:

  1. Резкое изменение профиля плотности плазмы после пеллет-инжекции (показатель квадратичной параболы изменялся с ~2 , что характерно для профиля плотности в обычных режимах Т-10, на~4). При этом обострённый профиль сохраняется в течении всего гиротронного импульса при сохранении величины средней по хорде плотности плазмы.
  2. Уменьшение величины Zeff и изменеие профиля Zeff .
  3. Снижения уровня МГД-активности и шумов плазмы на более высоких частотах.
  4. Увеличение энергетического времени жизни tЕ в 1.5 ё2 раза по сравнению с временем жизни при допнагреве без пеллеты.
  5. Расширение профиля ионной температуры и увеличение энергосодержания в ионной компоненте по сравнению с режимом без пеллеты.
    Наблюдаемые экспериментальные результаты могут быть объяснены образованием ионного транспортного барьера в плазме при пеллет-инжекции во время ЭЦР-нагрева.


Н-МОДА НА Т-10 ПРИ ЦЕНТРАЛЬНОМ ВКЛАДЕ СВЧ-МОЩНОСТИ.

Аликаев В.В., Борщеговский А.А., Вершков В.А., Готт Ю.В., Дремин М.М., Елисеев Л. Г., Есипчук Ю.В., Кирнева Н.А., Кислов А.Я., Кислов Д.А., Крылов С.В., Мельников А.В., Мялтон Т.Б., Ноткин Г.Е., Павлов Ю.Д., Питерский В.В., Позняк В.И., Рой И.Н., Солдатов С.В., Степаненко М.М., Сушков А.В., Тарасян К.Н., Трухин В.М., Химченко Л.Н., Чистяков В.В., Шелухин Д.А.

ИЯС РНЦ ⌠Курчатовский Институт■, Москва, Россия

    На установке Т-10 получены режимы улучшенного удержания, интерпретируемые как Н-мода.
    Переход в режим улучшенного удержания сопровождается:

    1. самопроизвольным ростом плотности плазмы. При этом клапан газонапуска, включенный в систему обратной связи по плотности плазмы, отключался.
    2. Увеличением градиента плотности. Максимальный прирост grad(ne) происходит в области 0.95<r/a<1.
    3. Падением излучения линии Da .
    4. улучшением удержания плазмы. В лучших режимах прирост времени жизни по сравнению с энергетическим временем жизни в L-моде составил 35-40 %.
    5. падением потенциала плазмы на периферии шнура. По данным измерений с использованием тяжелого пучка в области r/a ~ 0.9 падение потенциала составляет 500 В.
    6. рефлектометрические измерения турбулентности плазмы показывают, что вблизи границы плазменного шнура наблюдается подавление длинноволновой турбулентности.
    Вся совокупность данных свидетельствует о формировании внешнего транспортного барьера. Однако, в этих экспериментах наблюдалось улучшение удержания частиц, и не наблюдалось транспортного барьера для тепла. Температура плазмы при L H переходе не увеличивалась.


ЭКСПЕРИМЕНТЫ С ПРЕДЕЛЬНОЙ ПЛОТНОСТЬЮ ПРИ ЭЛЛЕКТРОННО-ЦИКЛОТРОННОМ НАГРЕВЕ НА Т-10.

Аликаев В.В., Борщеговский А.А., Волков В.В., Горшков А.В., Дремин М.М., Есипчук Ю.В., Какурин А.М., Кирнева Н.А., Кислов А.Я., Кислов Д.А., Крылов С.В., Мялтон Т.Б., Ноткин Г.Е., Павлов Ю.Д., Питерский В.В., Позняк В.И., Рой И.Н., Санников В.В., Сушков А.В., Трухин В.М., Трухина Е.В., Чистяков В.В.

ИЯС РНЦ ⌠Курчатовский Институт■, Москва, Россия

На установке токамак Т-10 были проведены эксперименты по исследованию возможности превышения предела Гринволда [1] по плотности neGr=Ip/(a2) при напуске газа. Эксперименты были проведены при токе плазмы Ip=90 (qa=8.2); 150 (qa=4.8) и 230 кА (qa=3.15) как в омическом режиме, так и при СВЧ-нагреве различной мощности. Результаты экспериментов показали следующее.

  1. При qa=4.8 и Pab = 820 кВт предельная плотность составила =1.35neGr . С уменьшением тока Ip (увеличением qa) отношение /neGr возрастало до 1.8, тогда как при снижении qa до 3.15 (Ip =230 кА) это отношение было близко к 1. Анализ данных показал, что величина /neGrсохраняется неизменной (~0.85), если в пределе Гринволда радиус лимитера a заменить на токовый радиус aТ , определяемый как радиус магнитной поверхности, внутри которого протекает 95% от полного тока плазмы.
  2. Поведение плазмы при приближении к пределу по плотности различно в зависимости от заданного сценария изменения плотности. При ходе плотности, нарастающем вплоть до предельного значения, срыв вызывается охлаждением периферии плазменного шнура, приводящим к развитию МГД-активности моды m=2. При приближении к пределу со слабо растущей плотностью (~ const) картина явления иная. На участке слабого роста плотности происходит уплощение профиля тока в центре плазменного шнура. Наряду с охлаждением периферии шнура это приводит к развитию МГД-активности m=3 и последующему срыву.
  3. Экспериментальные результаты дают основания полагать, что ухудшение удержания энергии наблюдается лишь в непосредственной близости к пределу по плотности. При уменьшениеb p, а следовательно, и tE , не превышает 10 %.
Литература
  1. M. Greenwald, J.L. Terry, S.M. Wolfe et. al Nucl. Fusion, v. 28, (1988) 2199

РЕЖИМЫ УЛУЧШЕННОГО УДЕРЖАНИЯ В ЭКСПЕРИМЕНТАХ ПО НГ НАГРЕВУ НА ТОКАМАКЕ ФТ-2.

В.Н. Будников, В.В. Дьяченко, Л.А. Есипов, Е.Р. Итс, М.Ю. Кантор, Д.В Куприенко, С.И. Лашкул, А.Ю. Попов.

Физико-Технический Институт им. А.Ф. Иоффе РАН, С-т Петербург, Россия

    В докладе рассматриваются случаи формирование транспортных барьеров в сечении плазменного шнура при нижнегибридном нагреве на токамаке ФТ-2. Анализ проводится для нескольких экспериментальных сценариев. В первом случае эффект перехода в режим улучшенного удержания наблюдался непосредственно в ходе НГ нагрева (начиная с середины ВЧ импульса, tRF = 4msec). В этих экспериментах был обнаружен нагрев электронов с 400 до 900 eV, уровень которого сохранялся (или даже увеличивался) и после отключения дополнительного ВЧ нагрева в постнагревной стадии разряда. Профиль электронной температуры был пикированным и имел максимальный градиент на радиусе 2.5 cm.. Плотность при допнагреве росла, но для неё транспортный барьер находился на радиусе 4.5 - 6 cm. К этому месту относится и положение транспортного барьера в ионной компоненте, более четко наблюдаемого при остывании ионов в постнагревной стадии.
    В работе проводится моделирование теплового переноса с помощью АСТРА кода. В качестве механизма улучшения удержания рассматривается изменение радиального электрического поля связанное со значительным нагревом ионной компоненты и, соответственно, шира полоидального Erx B вращения плазмы. Подчёркивается роль механизма пинча Уэера в условиях, когда n*i > n*e.
    По второму экспериментальному сценарию переход в режим улучшенного удержания обеспечивался совместным использованием НГ нагрева и быстрого за 0.5 msec подъема плазменного тока с 22 до 30 кА. Формирование транспортного барьера в сечении плазменного шнура наблюдалось практически сразу от начала подъема тока. Для объяснения этого эффекта рассматривается модель, где учитывается радиальный ток, возникающий в результате дополнительного (по отношению к нормальному дрейфу Уэера) дрейфа тороидально запертых ионов в не однородном тороидальном электрическом поле [1]. Для компенсации этого тока, в плазме происходит изменение радиального электрического поля, что, в свою очередь, приводит к росту шира радиального электрического поля и формированию в этом месте внутреннего транспортного барьера.

Литература.

  1. Rozhansky V. 1998, Czech.J.Phys. 48, (12), p.72

МОЖЕТ ЛИ ВРАЩЕНИЕ ПЛАЗМЫ СКОМПЕНСИРОВАТЬ ЗАВИСИМОСТЬ СМЕЩЕНИЯ МАГНИТНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОТ ДАВЛЕНИЯ ПЛАЗМЫ В ТОКАМАКЕ?

В.И. Ильгисонис, Ю.И. Поздняков, А.А. Субботин

Российский научный центр ⌠Курчатовский институт■, Москва, 123182, пл.Курчатова 1

    Известно, что вращение плазмы играет важную роль для реализации режимов с улучшенным удержанием плазмы. Нами получено уравнение для описания стационарных состояний тороидально вращающейся плазмы в аксиально симметричных системах типа токамак в форме известного уравнения Грэда-Шафранова (УГШ). Показано, что единственное отличие от УГШ состоит в том, что давление зависит как от магнитной поверхности, так и от большого радиуса. Такая форма уравнения оказывается справедливой как в рамках идельной магнитной гидродинамики, так и в рамках холловской магнитной гидродинамики. Упомянутая зависимость давления от большого радиуса позволяет выбором профиля скорости вращения плазмы минимизировать зависимость смещения магнитных поверхностей плазмы от величины b, и, тем самым, рассчитывать на возможное повышение допустимого давления удерживаемой плазмы. Данный результат получен аналитически и проверен на численных расчетах для некоторых типичных конфигураций токамаков с фиксированной границей плазмы.


ПЕРВЫЙ ОПЫТ РАБОТЫ ТОКАМАКА С ЛИТИЕВОЙ ДИАФРАГМОЙ Т-11М.

В.Б. Лазарев, Э.А. Азизов, А.Г. Алексеев, В.Н. Амосов, А.М. Белов, С.В. Мирнов, В.Г. Петров, Н.П. Петрова, С.М. Сотников, С.Н. Тугаринов, А.П. Чернобай, В.А. Евтихин*, И.Е. Люблинский*, А.В. Вертков*, Д.Ю. Прохоров**.

ТРИНИТИ, Троицк, Московская область, 142092, РФ
* ⌠Красная звезда■ - ⌠Прана центр■, Москва, РФ.
**ИЯС, РНЦ ⌠Курчатовский институт■, Москва, 123182, РФН

    Наиболее критическими узлами токамака √ реактора являются диверторные пластины и система защиты первой стенки от больших и малых срывов. Использование в качестве конструкционного материала для этих элементов бериллия и углерода, как следует из опыта токамаков JET и JT-60U, нельзя считать оптимальным. Очевидным шагом по пути снижения Zeff стало бы изменение материала пластин на вещество с меньшим зарядом Z. Таким веществом является литий и соответствующий переход практически начат на токамаках TFTR и DIIID. Проведенные там эксперименты по инжекции в плазму литиевых крупинок обнаружили очевидное понижение Zeff . Следующим логическим шагом могло бы стать создание дивертора с диверторнойпластиной на основе лития.
    Одно из возможных технических решений такой пластины - на основе капиллярно-пористой системы (КПС) с литиевым наполнением - было предложено в 1997 г. В.И. Пистуновичем и др. Образцы подобных пластин были созданы в нашей стране и прошли первые стендовые испытания на электронных пучках и плазменных сгустках. Испытания подтвердили их высокую термостойкость. Следующим шагом должны были бы стать их плазменные испытания в условиях реальных токамаков. В этой работе описан первый эксперимент такого рода, проведенный на токамаке Т-11М.
    Главным предметом испытаний должна была стать совместимость периферийной плазмы токамака с литиевой капиллярной пластиной. Такая совместимость предполагает отсутствие значительных спонтанных потоков лития в горячую плазму в процессе разряда в токамаке. Причиной развития подобных потоков могла бы, например, стать разность электрических потенциалов плазма-стенка и, как следствие этого, развитие униполярных дуг или локальных ⌠взрывов■ поверхности, наблюдаемых, например, на графитовых диверторных пластинах (carbon blums).
    Следующим аномальным процессом литиевой эрозии может стать также связанный с возникновением пристеночных электрических потенциалов процесс ионного распыления лития.
    Оценка интегрального вклада всех этих процессов в реальную литиевую эрозию может быть получена экспериментально в условиях существующих вблизи диафрагмы среднего токамака с граничной температурой электронов в диапазоне 15-30 эВ. Первым этапом таких испытаний КПС в качестве элемента диафрагмы и стал эксперимент на токамаке Т-11М .
    Уже первое качественное сравнение поведения гелиевой плазмы в условиях графитовой и литиевой диафрагм показало, что в твердом (⌠холодном■) состоянии литий, как материал диафрагмы, практически эквивалентен графиту с борным покрытием. Перевод лития в жидкое (⌠горячее■) состояние обнаружил некоторые особенности по сравнению с графитовой диафрагмой. Наибольшие различия были обнаружены в случае с водородной плазмой и ⌠горячей■ литиевой диафрагмой.


РАСЧЁТ ВРЕМЕНИ УДЕРЖАНИЯ ЭНЕРГИИ И ПОРОГОВОЙ МОЩНОСТИ L-H ПЕРЕХОДА В ТОКАМАКЕ С УЧЁТОМ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСПОРТНОГО БАРЬЕРА.

М.В. Осипенко, С.В. Цаун

РНЦ ⌠Курчатовский Институт■, 123182 Москва, Россия

    Предложена модель турбулентной конвекции в присепаратрисной плазме токамака, включающая четыре типа взаимодействующих флуктуаций, а именно: флуктуации температуры электронов и ионов, плотности и потенциала. Показано, что эти флуктуации можно описать четырёхполевыми гидродинамическими уравнения Брагинского, которые сводятся к трём системам уравнений типа Лоренца, связанных через уравнение для кинетической энергии флуктуаций, т. е. к четырёхполевой ETL модели (Edge Turbulent Layer model), описывающей нелинейную динамику конвективных ячеек в присутствии ширового течения. Критический градиент давления плазмы в турбулентном слое, соответствующий переходу в L и в H режимы, для трёх связанных осцилляторов оказывается существенно ниже, чем для одного отдельно взятого осциллятора.
    При заданных градиентах температуры и плотности в турбулентном слое четырёхполевая ETL-модель позволяет вычислить потоки тепла и частиц, которые используются в качестве граничного условия третьего рода для транспортного кода ASTRA. С помощью ASTRA-ETL кода проведены расчёты сценариев L-H перехода и зависимостей времени удержания энергии и пороговой мощности L-H перехода, от средних <n>, B, от сепаратрисных TSe,TSi, nSпараметров и от плотности и температуры нейтралов nn, Тn.
    Показано, что линейная зависимость пороговой мощности L-H перехода от средней плотности QS<n> обусловлена только ростом nn и связана с увеличением вязкости полоидального вращения вследствие перезарядки. При низких <n> порог по мощности повышается из-за изменения TSe,TSi, nS . Апроксимация во всём рабочем диапазоне по плотности даёт U-образную кривую зависимости: QS1,7<n>+15,4/<n>-7,9 [МВт; 1019м-3].
    Так как согласно расчётам QS сильно зависит от TSe,TSi, nS ,Tn, nn, то эти величины оказываются "скрытыми параметрами" в статистическом подходе, используемом при выводе скейлинга зависимости QS от глобальных параметров плазмы. Без учёта "скрытых параметров" апроксимация экспериментальных точек скейлингом вида QS<n>BS приводит к разбросу в предсказаниях мощности L-H перехода для ITER от 50 до 200 МВт. Показано, что точность предсказаний повысится, если проводить статистическую обработку по выборкам разрядов с близкими сепаратрисными параметрами.
    Смоделирован гистерезис при L-H-L переходе, полученном с помощью изменения вкладываемой мощности.
    Показано, что глобальное время удержания энергии t E линейно возрастает с ростом <n> при <n> < 3,6Ч 1019м-3, далее tE<n>0.6, причём поведение одинаково в омическом, L и H режимах. Насыщение связано с преобладанием переноса по ионному каналу, когда коэффициенты не зависят от плотности. Зависимость от мощности, полученная по расчётной базе данных имеет видtE=0,12QS-0,46 (в эксперименте степень -0,5) при <n> фиксированных. Возрастание вдвое tE при L-H переходе происходит, если теплопроводность в барьере более чем в шесть раз меньше средней теплопроводности в центральной плазме.


ПОВЕДЕНИЕ ПРИМЕСЕЙ ПРИ БОЛЬШОМ СРЫВЕ В ТОКАМАКЕ (Т-11М).

С.В. Мирнов, А.Г. Алексеев, А.М. Белов

ТРИНИТИ, г.Троицк 142092.

    Проникновение примесей в центр плазменного шнура в процессе срыва - одно из важнейших следствий развития большого срыва в токамаках. Результатом этого становится такая макроскопическая катастрофа, как распад тока и сопровождающее его развитие ускоренных электронных пучков что, грозит токамаку повреждениями его разрядной камеры и дивертора. Эти явления становятся наиболее опасны в больших токамаках реакторных масштабов.
    В связи с этим особо актуальным становится исследование физического механизма проникновения примесей в центр в ходе срыва.
    В нашей работе мы сделали попытку проследить за движением примесей (Li) от периферии шнура в центр в ходе большого срыва. Для этого была применена касательная к тороидальной оси многоканальная система Si-детекторов вакуумного ультрафиолета (AXUV-фотодиоды ) позволявшая получить картину пространственных радиационных потерь плазмы., центр контролировался с помощью 2-х канальной системы регистрации излучения мягкого рентгена (SXR). С помощью этой системы удалось зарегистрировать процесс проникновения примесей (источников излучения) в центр шнура в завершающей (быстрой) фазе большого срыва.
    Как уже было известно ранее, поступление примесей начинается с диафрагмы, но в быстрой фазе их источником становится вся пристеночная область токамака.
    Скорость распространения излучающего фронта в центр шнура составляет около 0.5 -1 106 см/сек. Это значение примерно на порядок ниже скорости распространения идеальной винтовой моды, но более, чем на порядок быстрее, чем распространение тиринг-моды. Вдоль магнитного поля фронт излучения распространяется со скоростью около 5 106 см/сек., что соответствует электронной температуре около 100 эВ.
    Для объяснения столь быстрого распространения примесей в центр шнура представляется разумным привлечь идею Кадомцева-Погуце о вакуумных пузырях с учетом предположения о развитии ⌠положительных■ магнитных островов.


ПОВЕДЕНИЕ ПЛАЗМЫ ВБЛИЗИ РЕЗОНАНСНОЙ ПОВЕРХНОСТИ q=1.

Аликаев В.В., Борщеговский А.А., Горшков А.В., Дремин М.М., Есипчук Ю.В., Кирнева Н.А., Кислов А.Я., Кислов Д.А., Крылов С.В., Мялтон Т.Б., Павлов Ю.Д., Питерский В.В., Позняк В.И., Рой И.Н., Санников В.В., Степаненко М.М., Сушков А.В., Трухин В.М., Трухина Е.В., Чистяков В.В.

ИЯС РНЦ ⌠Курчатовский Институт■, Москва, Россия

    В последнее время опубликованы работы, выполненные на установке RTP [1], в которых сделан вывод о существовании в плазме внутренних транспортных барьеров, локализованных вблизи резонансных поверхностей q = 1; 4/3; 3/2; 2 и т.д. Из опубликованных материалов следует, что когда величина qmin становится больше 1.08, центральная электронная температура должна уменьшиться ~ в 1.5 раза. Следует подчеркнуть, что эксперименты на RTP были проведены с изменением зоны ЭЦР-нагрева (изменением BT), что и приводило к изменению профиля тока.
    В отличие от экспериментов на RTP, на Т-10 BT не изменялось, а, следовательно, не изменялся и профиль вложенной в плазму СВЧ-мощности. Мощность поглощалась в центре шнура (BT@2.47 Т), и немонотонный профиль полного тока, а, следовательно, и профиль q с обратным широм, создавался за счет генерации тока в направлении, противоположном омическому току плазмы (counter-ECCD). Изменение величины qmin в пределах 1 qmin1.5 достигалось уменьшением тока плазмы от 170 до 110 кА. Для того чтобы учесть возможные изменения режима при изменении Ip, все эксперименты были проведены при генерации тока как в обратном, так и в прямом (co-ECCD) направлении по отношению к омическому току (монотонный профиль q, пилообразные колебания). В экспериментах на Т-10 явных свидетельств существования внутреннего транспортного барьера, аналогичного [1], обнаружено не было. При изменении qmin в указанных выше пределах величина температуры Te(0) не изменялась сильнее, чем на 10%, оставаясь близкой к температуре в режимах с co-ECCD. При выполнении данных экспериментов для определения профиля тока с учетом EC-тока был предложен и использован метод определения генерируемого электронно-циклотронного тока плазмы по границе подавления пилообразных колебаний.
    Работа частично поддержана Министерством Науки и Технологий РФ (грант ╧ 363).

Литература.

  1. Schilham et. al 25th EPS Conf., Praha, 1998, v. 22C, p. 730

ВОЗМОЖНОСТИ ВКЛЮЧЕНИЯ/ВЫКЛЮЧЕНИЯ РЕЖИМОВ УЛУЧШЕННОГО УДЕРЖАНИЯ МЕТОДАМИ ВОЗМУЩЕНИЯ ПЕРИФЕРИЙНОЙ ПЛАЗМЫ В ТОКАМАКЕ ТУМАН-3М.

Л.Г. Аскинази, М.И. Вильджюнас, В.Е. Голант, Н.А. Жубр, В.А. Корнев, С.В. Лебедев, Л.С. Левин, А.И. Смирнов, А.С. Тукачинский.

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

    В экспериментах по исследованию удержания плазмы на токамаке ТУМАН-3М продемонстрирована возможность управления режимом удержания посредством различного рода воздействий на периферийную область плазмы. К числу таких воздействий относятся: возмущение тороидального электрического поля на границе шнура в результате быстрого подъема/сброса плазменного тока и изменение параметров периферийной плазмы при магнитном сжатии в быстро нарастающем тороидальном магнитном поле. Ранее в экспериментах по магнитному сжатию было обнаружено заметное улучшение удержания частиц и энергии в плазме в результате перехода в режим, сильно напоминающий по своим свойствам Н-моду. Выключение омической Н-моды наблюдалось в эксперименте со сбросом плазменного тока. Управление удержанием в этих экспериментах может быть объяснено действием общего механизма √ изменением флуктуационного переноса в результате генерации радиального электрического поля под воздействием возбуждаемого в плазме радиального тока, возникающего вследствие рассогласования скоростей радиального дрейфа электронов и ионов под воздействием возмущения. В случае отключения Н-моды при сбросе тока этот же механизм работает ⌠в обратную сторону■: свойственное Н-моде ⌠естественное■ радиальное электрическое поле разрушается под действием радиального тока неблагоприятного знака. Согласно этой модели, быстрый подъем плазменного тока должен приводить к переходу в Н-моду. Эксперименты по проверке этой гипотезы проводятся в настоящее время.




 

CAPABILITIES OF THE IMPROVED CONFINEMENT REGIME TURNING ON AND OFF BY DIFFERENT TYPES OF PERIPHERAL PLASMA PERTURBATIONS ON TUMAN-3M TOKAMAK.

L.G. Askinazi, M.I. Vildjunas, V.E. Golant, N.A. Zhubr,V.A. Kornev, S.V. Lebedev, L.S. Levin, A.I. Smirnov, A.C. Tukachinsky

A.F.Ioffe Institute, St.Petersburg, Russia

    The resources of plasma confinement control were demonstrated on TUMAN-3M tokamak in experiments with different perturbations of the peripheral plasma. Among these perturbations are: toroidal electric field perturbation at the plasma edge due to the fast current ramp on/off, and peripheral plasma parameters modification as a result of magnetic compression by a rapidly increasing toroidal magnetic field. Earlier, in magnetic compression experiments, the significant improvement in particle and energy confinement was found to be a result of transition into a regime similar to the H-mode. On the other hand, a termination of the H-mode was observed in experiment with fast current ramp down. Confinement control in these experiments may be explained as a manifestation of common mechanism: the fluctuation induced transport changes as a result of radial electric field generation forced by a radial current due to unbalanced drift of electrons and ions. In a case of H-mode termination by fast current ramp down, this mechanism works backwards: intrinsic H-mode radial electric field is being destroyed by a radial current of unfavorable sign.
    According to the model, fast current ramp up should lead to a transition into H-mode. Experiments aimed to check this idea are being in progress now.


АНАЛИТИЧЕСКИЕ И ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТЕЛЛАРАТОРНЫХ СИСТЕМ С ПОЛОИДАЛАЛЬНЫМ НАПРАВЛЕНИЕМ ЛИНИЙ B=const НА МАГНИТНЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ.

М.Ю. Исаев, М.И. Михайлов, А.А. Субботин, В.Д. Шафранов

РНЦ "Курчатовский институт", Москва

    Системы с полоидальным направлением линий B=const на магнитных поверхностях (как в симметричных открытых ловушках с гофрированным продольным магнитным полем) представляют особый интерес при поиске магнитных конфигураций с уменьшенными неоклассическими переносами. Это связано, во-первых, с тем, что при таком направлении линий B=const в плавных системах с малым вращательным преобразованием на периоде системы они в среднем почти перпендикулярны силовым линиям магнитного поля, так что даже при значительном отклонении системы от квазисимметричной сохраняется возможность избежать появления локально-запертых частиц. Во вторых, большая свобода в выборе зависимости параметров, характеризующих форму сечения магнитных поверхностей, от продольной координаты, чем от полоидальной (в линейном приближении приосевого разложения, например, зависимость от полоидальной координаты имеет вид sin q , cos q , тогда как зависимость от продольной координаты может быть, по-существу, предписана) позволяет рассматривать для таких систем возможности локального, т.е. вблизи минимума B выполнения таких условий улучшенного удержания как квазисимметрия [1], квазиизодинамичности [2] и псевдосимметрии [3].
    В работе приводятся критерии псевдосимметрии и квазиизодинамичности, полученные в приосевом приближении как с использованием традиционного параметрического задания формы магнитных поверхностей, так и выраженные через гармоники Фурье спектра квадрата модуля магнитного поля в Бузеровских потоковых координатах. Первый подход позволяет проанализировать возможность выполнения того или иного условия, а второй используется непосредственно для численного поиска таких систем. Приводятся результаты численной оптимизации, основанной на полученных условиях. Кроме того, в работе приводятся условия создания абсолютного минимума B в системах с гофрированным продольным магнитным полем. Отмечается, что используемый механизм отличается от традиционно используемого в открытых ловушках и возможен лишь при наличии в системе вращательного преобразования.

Литература

  1. J. Nuehrenberg, R. Zille, Phys. Lett. A, 129, (1988) 113.
  2. S. Gori, W. Lotz, J. Nuehrenberg, Theory of Fusion Plasmas, Bologna: SIF, (1996) 335.
  3. M.I. Mikhailov, V.D. Shafranov, D. Zuender Plasma Phys. Reports, 24 (1998) 653.

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ С ТРАНСПОРТНЫМИ БАРЬЕРАМИ ПРИ ЭЦР НАГРЕВЕ НА Т-10

В.В. Аликаев, А.А. Борщеговский, В.А. Вершков, А.В. Горшков, С.А. Грашин, М.М. Дремин, Л.Г. Елисеев, Л.Г. Зимелева, А.Я. Кислов, С.В. Крылов, С.Е. Лысенко, А.В. Мельников, Т.Б. Мялтон, Г.Е. Ноткин, Ю.Д. Павлов, В.В. Питерский, Е.Г. Плоскирев, В.И. Позняк, К.А Разумова, И.Н. Рой, В.В. Санников, С.В. Солдатов, А.В. Сушков, В.В. Чистяков, Д.А. Шелухин, Л.Н. Химченко

Институт ядерного синтеза, Российский научный центр "Курчатовский институт", Москва, Россия

    На установке Т-10 в режимах с мощным нецентральным ЭЦР нагревом (В0=2.13-2.3 Т, I=150-290 кА, =1.21019 м-3, Рэцр=0.5-0.8 МВт, aL=0.25-0.3 м) показано формирование двух электронных транспортных барьеров, внутреннего и внешнего (Н-моды). Определяющее влияние на формирование барьеров оказывает профиль плазменного тока I. Внутренний транспортный барьер возникает в области r= r/aL@0.5 и после его формирования электронная температура Te в центральной области увеличивается на DTe=0.5 кэВ (=0.25-0.3). В области барьера в несколько раз увеличивается градиент Te и возникает потенциальная яма глубиной Dj @1 кВ. Внутренний барьер возникает в узкой области разрядных токов и магнитных полей, при qL=2.3-2.5. Внешний транспортный барьер образуется непосредственно вблизи лимитера (H-мода) и приводит к росту средней электронной концентрации на величину . Общее энергосодержание плазмы при образовании барьеров увеличивается в ~ 1.5 раза. В работе подробно исследуются характеристики плазмы в этих режимах. В частности, с помощью корреляционной рефлектометрии исследованы свойства турбулентности, и с помощью пучка тяжелых ионов √ распределение электрического потенциала плазмы. Обсуждаются возможные механизмы образования внутреннего барьера.

    Работа поддержана РФФИ, гранты 99-02-18457, 99-02-16324 и 98-02-16277.
 



 

STUDY OF REGIMES WITH TRANSPORT BARRIERS AT ECRH ON Т-10.

V.V. Alikaev, A.A. Borshegovskij, V.A. Vershkov, А.В. Gorshkov, S.A. Grashin, M.M. Dremin, L.G. Eliseev, L.G. Zimeleva, A.Ya. Kislov, S.V. Krylov, S.E. Lysenko, A.V. Melnikov, T.B. Myalton, G.E. Notkin, Yu.D. Pavlov, V.V. Piterskij, E.G. Ploskirev, V.I. Poznyak, K.A. Razumova, I.N. Roj, V.V. Sannikov, S.V. Soldatov, A.V. Sushkov, V.V. Chistyakov, D.A. Shelukhin, L.N. Khimchenko

Institute of Nuclear Fusion, Russian Research Center "Kurchatov Institute", Moscow, Russia

    It was shown that two electron transport barriers, the internal and the edge ones (H-mode) are formed in regimes with the strong off-axis ECRH on Т-10 tokamak (В0=2.13-2.3 T, I=150-290 kA, =1.2 1019 m-3, РECRH=0.5-0.8 MW, aL=0.25-0.3 m). The main role in formation of the barriers plays the plasma current profile. The internal transport barrier is localized at r= r/aL@0.5, and after its formation the central electron temperature Te increases of D Te= 0.5 keV (=0.25-0.3). Near the barrier the gradient of the temperature Te increases by several folds, and the potential well with depth Dj@ 1 kV occurs. The internal barrier is formed in the narrow range of the plasma currents and toroidal magnetic fields at qL=2.3-2.5. The edge transport barrier is formed in the vicinity of the limiter (the H-mode). It leads to the growth of the line-averaged electron density (). The plasma energy contents during the barriers formation increases in a factor of ~ 1.5. In the paper the plasma characteristics in theses regimes are studied in details. In particular, the plasma turbulence is studied by the correlation reflectometry, and the heavy ion beam probing (HIBP) measures the profile of the plasma electric potential. The possible mechanisms of the internal transport barrier formation are discussed.

    This work is supported by RFFI Grants Nos. 99-02-18457, 99-02-16324 and 98-02-16277.


МЕЛКОМАСШТАБНЫЕ ВИНТОВЫЕ ВОЗМУЩЕНИЯ В ПЛАЗМЕ ТОКАМАКА Т-10

Саврухин П.В., Климанов И.В., Волков С.В., Грашин С.В., Какурин А.М., Кислов Д.А., Сушков А.В., Цаун С.В., Химченко Л.Н.

Институт Ядерного Синтеза, Курчатовский Институт, 123182, Москва, Россия

    На токамаке Т-10 оборудована диагностика мелкомасштабных колебаний плазмы, объединяющая рентгеновский перископ, матричный рентгеновский детектор и многоракурсную систему камер-обскур. Регистрация излучения в тороидальном направлении, обеспечиваемая рентгеновским перископом, и совместный томографический анализ измерений камер-обскур, позволяют воссоздать структуру мелкомасштабных возмущений плазмы и определить роль таких возмущений в процессе развития срыва в токамаке.
    В докладе приводятся результаты анализа винтовых возмущений плазмы в экспериментах на токамаке Т-10. Рассматриваются характерные особенности винтовых возмущений при развитии наиболее опасных крупномасштабных МГД колебаний плазмы (пилообразные колебания, малые и большие срывы). Показано, что регистрация излучения в тороидальном направлении значительно повышает чувствительность диагностики длинноволновых возмущений плазмы (с винтовыми числами m<3). Обнаружено, что непосредственно перед срывом при предельной плотности, одновременно с развитием моды m=2,n=1 (см. Рис.1), наблюдается возбуждение высокочастотных колебаний (характерные частоты в диапазоне 20-30кГц). Анализ таких колебаний, нарастающих перед температурным коллапсом, показывает возможную дестабилизацию мелкомасштабных тиринг-мод с волновыми числами m~20.
    В докладе приводится анализ условий развития мелкомасштабных колебаний плазмы в режимах с транспортными барьерами и в режимах с улучшенным удержанием (H-мода).


РАЗВИТИЕ ДИАГНОСТИКИ КОРРЕЛЯЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ В ВЕРХНЕМ ГИБРИДНОМ РЕЗОНАНСЕ НА ТОКАМАКЕ ФТ-1

Гурченко А.Д., Гусаков Е.З., Каганская Н.М., Ларионов М.М., Новик К.М., Петров Ю.В., Селенин В.Л., Степанов А.Ю.

ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт Петербург, Россия.

    Диагностика корреляционного рассеяния в Верхнем Гибридном Резонансе (ВГР), сочетающая такие преимущества ВГР рассеяния, как локальность и большое сечение, с разрешением по волновым векторам, основана на зависимости фазы сигнала рассеяния от фазы исследуемых флуктуаций в точке резонанса. В настоящей работе эта диагностика, ранее развивавшаяся на линейных плазменных установках, впервые применена в экспериментах в омическом разряде на токамаке ФТ-1 (R=62.5cm, a=15cm, Ip=30kA, B=1T, ne(0)=1013cm-3). Зондирование плазмы в методике ВГР рассеяния осуществляется необыкновенной волной со стороны сильного поля, причем сигнал рассеянный назад в той же поляризации несет информацию о флуктуациях плотности, а сигнал рассеянный вперед в обыкновенной моде связан с флуктуациями магнитного поля. В экспериментах на ФТ-1 проводилось одновременное зондирование плазмы на двух частотах в диапазоне 28ГГц, одна из которых была постоянной, а вторая менялась от разряда к разряду в интервале от 27.75ГГц до 28.25ГГц. Уровень зондирующей мощности 0.1Вт. Сигнал рассеяния на первой из них выполнял роль опорного, а на второй √ полезного сигнала. Корреляционный анализ этих двух сигналов позволил предложить механизм формирования спектров рассеяния назад и кросс поляризационного рассеяния, оценить спектр флуктуаций плотности плазмы и магнитного поля по частотам и волновым векторам. В результате проведенных экспериментов количественно подтверждены теоретические представления о рассеянии в области ВГР в токамаке, что позволяет в дальнейшем использовать предложенную методику в качестве локальной диагностики коротковолновой плазменной турбулентности.

    Работа поддержана грантами РФФИ 98-02-, 96-15 и грантом ИНТАС 97-1118


ЭКСПЕРИМЕНТ С ИНЖЕКЦИЕЙ АТОМОВ ДЕЙТЕРИЯ НА УСТАНОВКЕ ГДЛ

А.В. Аникеев, П.А. Багрянский, А.А. Иванов, А.Н. Карпушов, *В.Н. Корнилов, В.В. Максимов

Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, Новосибирск, Россия
*Новосибирский Государственный университет, Новосибирск, Россия

    На установке Газодинамическая ловушка (ГДЛ) проводятся эксперименты с нагревом плазмы при помощи инжекции пучков атомарного дейтерия. Экспериментальные исследования направлены на получение дополнительных плазмо-физических данных, необходимых для развития проекта источника нейтронов с энергией 14 МэВ, предложенного в ИЯФ им. Г.И. Будкера [1]. Плазма в ГДЛ состоит из двух компонент: относительно холодной ⌠мишенной■ плазмы и быстрых ионов со средней энергией 10 КэВ, образующихся при захвате инжектируемых атомов. Программа исследований включает в себя следующие пункты:

    Диагностический комплекс ГДЛ был дополнен сцинтилляционными приёмниками, расположенными в непосредственной близости от плазменного столба внутри вакуумной камеры, что позволяет пренебречь влиянием магнитного поля на протоны с энергией 3 МэВ, уменьшить влияние рассеянных нейтронов при регистрации нейтронной компоненты и улучшить измерение продольного распределения интенсивности D-D реакции. Возможность работы в сильных магнитных полях обеспечена применением фотоумножителей категории Fine Mesh (Hamamatsu H2611). Регистрация протонов производилась пластмассовым органическим сцинтиллятором толщиной 5 мм, закрытым 20 мкм алюминиевой фольгой. Для вычитания нейтронных сигналов сцинтиллятор закрывался дополнительной металлической заслонкой.
    В настоящее время вся инжекционная система переведена на работу с дейтерием и получены режимы с параметрами плазмы близкими к достигнутым ранее при инжекции атомов водорода. Получены предварительные данные по продольному распределению интенсивности D-D реакций. Увеличение магнитного поля до 2.5 кГс и применение в качестве ⌠мишенной■ дейтериевой плазмы позволило достичь вблизи точки остановки плотности потока термоядерных протонов 3Ч105 с-1см-2 на R=33 см.

    Литература

  1. A.A. Ivanov, I.A. Kotelnikov, E.P. Kruglykov et al. In Proc. Of XVII Symp. on Fusion Technology, Rome, Italy, v.2 (1992) 1394.
  2. A.V. Anikeev, K. Noack, G. Otto, 26th EPS CCFPP, Maastrichcht, The Netherlands, Contributions ECA. v.23J, p.1497-1500 (1999)

ЭФФЕКТИВНЫЙ НАГРЕВ ЭЛЕКТРОНОВ В ПРОБКОТРОНЕ ПРОДОЛЬНЫМ ТОКОМ

С. Ю. Таскаев

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

    В концевом пробкотроне установки АМБАЛ-М при использовании торцевого газоразрядного источника плазмы без дополнительных методов нагрева получена горячая мишенная плазма [1] и экспериментально обнаружен значительный продольный электронный ток, текущий в плазме от источника до плазмоприёмника [2]. Выяснено, что продольный ток обязан способу создания плазмы и является частью тока разряда плазменного источника [3]. Обнаружено, что вдоль силовых линий магнитного поля, по которым течет ток, при приближении к пробке со стороны источника потенциал плазмы возрастает [4], а не уменьшается, как при характерном сценарии с формированием термобарьера. Показано, что протекание тока в этой области приводит к формированию потока быстрых электронов [5], которые переносят ток в пробкотроне. Поток быстрых электронов в пробкотроне экспериментально обнаружен [6].
    Данная работа посвящена выяснению механизмов нагрева электронов в пробкотроне и является завершающей в ряду работ по этой проблеме [1-6]. Показано, что основной вклад в нагрев удерживаемых в пробкотроне электронов вносит прямая передача энергии от быстрых электронов, переносящих ток, в результате кулоновских столкновений. Омический нагрев и нагрев от более горячих ионов являются дополнительными. Полученное понимание механизма нагрева электронов в конкретной ловушке позволяет обобщить результаты для их применения в открытых магнитных ловушках.

Литература.

  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. Физика плазмы 24 (1998) 1065.
  3. Таскаев С. Ю. Физика плазмы 25 (1999) 510.
  4. Таскаев С. Ю. Препринт 95-92, Новосибирск, ИЯФ СО РАН, 1995.
  5. Таскаев С. Ю. Физика плазмы 26 (2000) ╧ 2.
  6. Ахметов Т. Д., Давыденко В. И., Таскаев С. Ю. Физика плазмы 26 (2000) ╧ 2.