РЕДУЦИРОВАННАЯ МАГНИТНАЯ ГИДРОДИНАМИКА  ТОРОИДАЛЬНОЙ ПЛАЗМЫ С ТЕЧЕНИЯМИ.

В.П.Пастухов

Российский научный центр “Курчатовский институт”

    Развита последовательная процедура исключения быстрых магнитозвуковых колебаний, позволяющая упростить магнитогидро-динамическое описание тороидальной плазмы в сильном магнитном поле (b<<1). Эта процедура аналогична адиабатическому разделению “быстрых” и “медленных” степеней свободы в классической лагранжевой механике. В качестве первого шага получена редуцированная (адиабатическая) система идеальных МГД уравнений. В отличие от хорошо известных аналогов (уравнений Кадомцева-Погуце, Страуса и др.) в предложенной редуцированной МГД-модели не разрушены симметрии и соответствующие законы сохранения, присущие исходной нередуцированной системе МГД-уравнений. В результате полученная система уравнений допускает существование стационарных состояний с шировыми течениями плазмы, присущими исходной полной МГД-системе, и позволяет исследовать их устойчивость и нелинейную динамику. В рамках развитого подхода получен редуцированный энергетический принцип, упрощающий анализ МГД-неустойчивостей, а также слабонелинейная модель для описания fishbone колебаний.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ТУРБУЛЕНТНОГО ДИНАМО В ОСЕСИММЕТРИЧНОЙ СИСТЕМЕ

А.А.Кабанцев, В.Б.Рева, В.Г.Соколов

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

    В осесимметричных открытых ловушках АМБАЛ-М, ГДЛ и МАЛ электростатическая турбулентность, возбуждаемая дифференциальным азимутальным вращением аксиального потока плазмы в скрещенных полях, приводит к генерации продольного тока с плотностью на оси до [1]. В данной работе продолжены экспериментальные исследования по доказательству действия альфа-эффекта в осесимметричных системах. Основные положения характеризующие этот эффект состоят в следующем: (а) появление тока вдоль силовых линий основного магнитного поля; (б) пропорциональность возбуждаемой продольной ЭДС величине основного магнитного поля; (в) коэффициент этой связи определяется турбулентной составляющей остаточной спиральности течения плазмы.
    Варируя величину магнитного поля и направление вращения плазмы удалось получить генерацию тока величиной до 5 кА как в параллельном, так и в антипараллельном направлениях относительно исходного магнитного поля. Проведены локальные одновременные измерения флуктуаций радиальной скорости и азимутального магнитного поля, позволившие построить профиль среднй электродвижущей силы , подтверждающий турбулентную природу наблюдаемых токов.
    Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ N98-02-17864 и Мин.Науки N381 по тематике “УТС и плазменные процессы”.

    Литература.

1. А.А. Кабанцев, В.Б. Рева, В.Г. Соколов. Физика плазмы, 1998, т.24, N10
2. A.A. Kabantsev, V.B. Reva, V.G. Sokolov. Experimental verification of the MHD dynamo in the axisymmetric linear machine “Open Systems 98”, Int.Conf. On Open Magnetic Systems for Plasma Confinement, Novosibirsk, July 27-31, 1998, принято к опубликованию в журнале “Fusion technology” (1998).

СОЗДАНИЕ КВАЗИСТАЦИОНАРНОЙ ПЛАЗМЫ В КОНЦЕВОЙ СИСТЕМЕ  АМБАЛ-М ПРИ ВВОДЕ ИЦР МОЩНОСТИ.

В.Г.Соколов, Т.Д.Ахметов, В.С.Белкин, В.И.Давыденко, А.А.Кабанцев, Ю.В.Коваленко, А.С.Кривенко, В.Б.Рева, Г.И.Шульженко, Ю.С.Храмов.

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

    На концевой системе АМБАЛ-М продолжаются эксперименты по ИЦР- нагреву плазмы [1]. Антенна типа “Нагоя-III” установлена в переходной области между пробкотроном и полукаспом. На  частоте ~10 МГц  к  антенне подводится мощность ~ 400 кВт, длительности импульса до 0.1с.
    Инициализация осуществляется плазменным дуговым источником, генерирующим плазменную струю плотностью ~10¹³см^-3 длительностью около 2 мс. В дальнейшем квазистационарная плазма поддерживается вводом ВЧ мощности и подачей газа в центральную область пробкотрона и внутреннюю полость полукаспа. При этом даже в отсутствии газонапуска вследствие значительного рециклинга давление водорода между стенкой вакуумной камеры и  плазмой в течение первых 10 миллисекунд возрастает до 3-5Ч10^-5 Торр и далее остается практически постоянным. На установке без оптимизации подачи газа в пробкотроне получена  квазистационарная плазма  плотностью ~ 10¹² см^-3,  электронной температурой  >30 эВ, энергией ионов ~300-400 эВ , длительностью  до 0.1с..
    Изучена пространственная структура ВЧ колебаний, измерены частотные спектры колебаний потенциала и плотности  в диапазоне частот до 100 кГц и определена степень когерентности.
     Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ N98-02-17801.

    Литература

1. T.D.Akhmetov, V.S.Belkin, E.D.Bender, ... V.G.Sokolov et al.,  Experiments on ICRH at the end system of AMBAL-M,   “Open Systems 98”, Int.Conf. On Open Magnetic Systems for Plasma Confinement, Novosibirsk, July 27-31, 1998, принято к опубликованию в журнале “Fusion    technology” (1998).

ЭВОЛЮЦИЯ МОДОВОЙ СТРУКТУРЫ ФЛУКТУАЦИЙ ПРОДОЛЬНОГО ТОКА В ТУРБУЛЕНТНОЙ ПЛАЗМЕННОЙ СТРУЕ

В.Г.Соколов, С.А.Бехер¹, А.А.Кабанцев, М.В. Муравьев¹, В.Б.Рева, Ю.С.Храмов¹

Институт ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН, Новосибирск, Россия
¹Новосибирский Государственный Университет, Россия

    В осесимметричной открытой ловушке МАЛ электростатическая турбулентность возбуждается  дифференциальным азимутальным вращением аксиального потока плаз-мы в скрещенных  полях, что приводит к генерации продольного тока с плотностью на оси до  [1]. В данной работе продолжены экспериментальные исследования по изучению модовой структуры этого тока.
    Предложено разложение продольного тока по азимутальным вращающимся модам [2]. С помощью измерений локальных магнитных полей системой азимутальных  магнитных датчиков получены временные зависимости амплитуд токов и их локализация для отдельных мод [2]. В спектре флуктуаций тока доминируют 3-я и 5-я мода основной частоты колебаний плазменной струи, причем на начальном этапе преобладает более высокая мода. Томографическая обработка хордовых измерений свечения на линии Н_a также позволяет получать спектр колебаний плазменного шнура. Исследована фрактальная размерность эволюции флуктуаций плотности, локальных электрических и магнитных полей, позволившая ввести количественную характеристику уровня турбулентности.
    Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ N98-02-17864 и Мин.Науки N381 по тема-тике “УТС  и плазменные процессы”.

    Литература

1. А.А.Кабанцев, В.Б.Рева, В.Г.Соколов. Физика плазмы, 1998, т.24, N10
2. S.A.Beher,A.A.Kabantsev, V.B.Reva, V.G.Sokolov.  Investigation of Electrostatic and Magnetic Oscillation of Turbulent Plasma Flow in Mirror traps   “Open Systems 98”, Int.Conf. On Open Magnetic Systems for Plasma Confinement, Novosibirsk, July 27-31, 1998, принято к опублико-ванию в журнале “Fusion    technology” (1998).

Коллапс тока в модели тонкого токового слоя при произвольной длине вакуумного скин-слоя.

Жданов С.К., Власов В.П.^*

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

    Тиринг-неустойчивость токового слоя с физической точки зрения является результатом “слипания” элементарных токовых нитей, на которые можно разбить слой, за счет их взаимного притяжения [1,2], сопровождающегося разрывом слоя на фрагменты. Таким образом, разрыв слоя и слипание токов органически сочетаются при развитии неустойчивости. В [3,4] в рамках двухжидкостной гидродинамики показано, что предложенные ранее нелинейные динамические модели [5] и [6] отвечают двум предельным случаям по параметру e = |k|(d _вак)²/a. Здесь d_вак- длина вакуумного скин-слоя, a - толщина невозмущенного слоя, k -волновое число возмущения. При этом предел длинных волн (e<<1) , или сильного скинирования d _вак<<(a/|k|)^1/2, совпадает с динамической системой, полученной в [5], в которой разрыв слоя не сопровождается “разрывом” тока, погонная плотность которого остается постоянной. Предел коротких волн ( e>>1) , или слабого скинирования d _вак>>(a/|k|)^1/2, отвечает феноменологической модели слипания “элементарных” токов [6], в которой неизбежен сильный коллапс  токовых нитей, захватывающих конечный ток [3].
    Вопрос о динамике неустойчивости при произвольной длине вакуумного скин-слоя до настоящего времени остается открытым.
    Доклад посвящен попытке восполнить этот пробел. С этой целью рассмотрена модель тонкого токового слоя, свободная от предположений о величине e . Конечность длины скин-слоя сказывается на динамике неустойчивости уже на линейной стадии: инкремент при произвольном значении e оказывается равным g²=|k|ge/(e+1) и возрастает с ростом d _вак. Для нелинейной стадии неустойчивости указано точное решение, описывающее динамику коллапса токового филамента. Как и ожидалось, время коллапса возрастает с уменьшением e , асимптотически стремясь к бесконечности при e® 0. Форма коллапсирующего филамента существенно зависит от величины e (см.рис.).

    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. Жданов С.К., Власов В.П. ЖЭТФ, 1998, т.113, вып. 4, стр. 1313.
4. Жданов С.К., Власов В.П.. Физика плазмы, 1998, т. 24, № 6, с. 497.
5. Буланов С.В., Сасоров П.В., Физика плазмы, 1978, т. 4, стр. 746.
6. Трубников Б.А., УФН, 1990, т. 160, стр. 167.

НЕЛИНЕЙНЫЕ РАДИАЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ ПЛАЗМЕННОГО ЦИЛИНДРА С ТОКОМ

Жданов С.К., Власов В.П.^*

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

    Задача о нелинейных колебаниях плазменного столба с током представляет интерес во многих приложениях, например, в динамике пинча, в проблеме устойчивости сжатия в оптимальном пинче [1], а также в динамике формирования филаментов при разрушении плоского токового слоя. В случае филаментации тонкого токового слоя, когда фрагментирующие слой возмущения первоначально по необходимости сильно вытянуты в плоскости слоя [2], логично ожидать существенно нелинейного течения, так как под действием собственного магнитного поля форма отъединяющихся друг от друга филаментов должна стремиться к цилиндрической. Таким образом, интересны не только цилиндрически-симметричные колебания, но и более общий не аксиально-симметричный случай, например, нелинейные колебания плазменного столба с эллиптическим сечением. Определенное упрощение можно получить, если ограничиться случаем достаточно медленного течения, когда плазму можно считать несжимаемой.
Упрощение достигается при этом за счет отсутствия сжатия в среднем. Впрочем, нелинейные колебания несжимаемого столба, например, проводящей жидкости с током, интересны и сами по себе.
    В докладе обсуждается точное решение, описывающее динамику столба несжимаемой плазмы с эллиптическим сечением (с произвольной величиной начальной вытянутости сечения) при заданной величине полного тока в пренебрежении скинированием (однородная плотность тока) и в полностью скинированном случае. Как оказалось, соответствующее течение, аккуратно учитывающее выполнение требуемых условий сшивки на границе плазма - магнитное поле, является автомодельным, форма сечения a(x,t) остается эллиптической, но с переменным параметром вытянутости. Для случая однородной плотности тока:
a(x,t) = (a₀/L(t))[1 - (x/a₀L(t))²]^1/2, (t dL/dt)² = [L⁴/(L⁴+1)] ln[(L₀+L₀^-1)/(L+L^-1)],
где a₀, t , L₀ определяются начальными условиями. Очевидно наличие (см. рис.) осцилляторного характера движения: продольная вытянутость сечения периодически сменяется поперечной, и наоборот. Любопытно отметить наличие, хоть и небольшого, но конечного барьера, отделяющего область осцилляций от точки L=0, по достижении которой цилиндр “растекался” бы в плоскость.

    Литература.

1. Жданов С.К. Физика плазмы, 1980, т.6, №4.
2. Жданов С.К., Власов В.П. ЖЭТФ, 1998, т.113, №4.

Трехмерный расчет траекторий зондирующих частиц для стелларатора TJ-2.

Литвинова О.А, ^*Мельников А.В.

МИФИ, Москва, Россия
^*РНЦ "Курчатовский институт", Москва, Россия

    Проведение измерений электрического поля методом зондирования плазмы пучком тяжелых ионов требует проведения предварительных расчетов траекторий и областей измерения в плазме. Для получения двумерных распределений измеряемых параметров плазмы потенциала необходимо покрыть детекторной сеткой все поперечное сечение плазмы. В этом состоит цель оптимизации выбора положения точек инжекции и детектирования. Численному решению задачи оптимизации посвящена данная работа.
    В сложном магнитном поле стелларатора-гелиака TJ-2 траектории частиц становятся пространственными кривыми и задача детектирования частиц, пришедших из различных областей плазмы, в одной точке (апертуре детектора) является нетривиальной.
    Была найдена детекторная сетка, покрывающая наибольшую часть сечения плазмы. Она не покрывает всего сечения, оставляя "мертвые зоны" по выступающим краям "боба", недоступныe для измерений вследствие конструктивных особенностей установки. Тем не менее, полученная сетка позволяет проводить как двумерные измерения в основной части плазмы, так и измерение радиальных профилей в течение одного разряда путем быстрого периодического сканирования угла инжекции. Однако сложный трехмерный характер траекторий требует одновременной согласованной коррекции полоидального a и тороидального углов b как в первичном, так и во вторичном ионопроводах. При этом удается подобрать параметры пучка таким образом, чтобы часть детекторной сетки располагалась строго в вертикальной плоскости, что существенно упрощает интерпретацию измерений для сложной конфигурации плазмы стелларатора с пространственной осью. В результате расчетов было установлено, что траектории вторичных частиц, покидающих плазму, могут фокусироваться в экваториальной плоскости. Главным параметром, влияющим на фокусное расстояние является значение угла a . Эффект фокусировки позволяет получить информацию о плазме вдоль некоторой пространственной кривой при изменении только угла b , тем самым расширяя доступную для измерений область плазмы и существенно облегчая проведение пучка, т. к. ограничения на b ослабляются. В результате расчетов найдена оптимальная детекторная сетка и определены диапазоны изменений управляющих параметров, необходимые для проведения пучкового эксперимента.

ИССЛЕДОВАНИЕ НИЖНЕГИБРИДНОГО УВЛЕЧЕНИЯ ТОКА 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, К.А.Подушникова, А.Ю.Попов, И.Е.Сахаров^*, Е.О.Чечик^*, С.В.Шаталин^*

ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН, С-Петербург, Россия
^*СПбГТУ, С-Петербург, Россия

    В работе экспериментально исследуется механизм отключения тока увлечения, генерируемого нижнегибридными волнами в плазме токамака ФТ-2 (R=55 cм, a=8 см, B_T=2.2 T, I_P = 20 kA, T_eOH = 400 эВ, T_iOH = 90 эВ, P_RF = 100 кВт, f_RF = 920 МГц, t_RF = 5 мс, N_|| = 2.5). Как известно, эффективность НГ генерации тока плазмы в токамаках резко уменьшается и вовсе прекращается при увеличении плотности плазмы выше критического значения n_cr, значительно меньшего плотности нижнегибридного резонанса n_LH. Это явление, как нами предполагалось, связано с параметрическим распадом НГ волны. Возникающая при распаде замедленная дочерняя волна не взаимодействовует с быстрыми электронами плазмы, участвующими в генерации тока увлечения, и поглощается на менее энергичных ионах или электронах. На изменение характера взаимодействия ВЧ волн с плазмой указывала и возникающая при этом генерация быстрых ионов.
    В настоящей работе представлены результаты экспериментов по проверке этой гипотезы. Эксперимент проводился при плотности плазмы n₀=2Ч10¹³ см^-3. При этом в одном разряде токамака в течении ВЧ импульса был реализован переход от режима НГ токоувлечения в режим генерации быстрых ионов. В ходе разряда велись измерения эволюции профилей электронной температуры с помощью томсоновской диагностики, спектральный анализ электромагнитных колебаний плазмы в диапазоне частоты ВЧ генератора, измерения потоков атомов перезарядки и мягкого рентгеновского излучения.
    Отключение токов увлечения сопровождалось началом генерации быстрых ионов в центре разряда и возникновением ионных циклотронных гармоник на периферии плазмы. Электронная температура плазмы уменьшалась по всему плазменному шнуру во время увлечения тока и оставалась на низком уровне в режиме генерации быстрых ионов. Моделирование, выполненное на основе эволюции профилей электронной температуры плазмы и потоков мягкого рентгеновского излучения, позволяет оценить величину НГ тока увлечения в плазме и характер его пространственного распределения в указанных двух режимах разряда. Анализ экспериментальных данных позволяет сделать вывод о том, что отключение токов увлечения связано с параметрическим распадом значительной доли мощности НГ волны на периферии плазмы.
    Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ 97-2-18084 и 98-2-18346.

Формирование транспортных барьеров при нижнегибридном нагреве в экспериментах 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

    Эксперименты по нижнегибридному нагреву на токамаке ФТ-2 продемонстрировали возможность эффективного нагрева как ионной, так и электронной компоненты [1]. Механизм поглощения ВЧ мощности во многом определялся уровнем исходной электронной температуры, достигнутой на омической стадии разряда. При высоких значениях Т_е^ОН(0) > 450 eV волна накачки могла без параметрического распада доходить до центра плазменного шнура и поглощаться там в области своего нижнегибридного резонанса, чем объяснялся рост центральной ионной температуры от 100 до 350eV. Один из возможных способов достижения высоких значений Т_е^ОН на омической стадии разряда может быть связан с L-H переходом в режим улучшенного удержания [2]. Этот переход происходил, когда плазменный шнур контролируемым образом смещался наружу к диафрагме. При центральном же положении плазменного шнура параметры плазмы определялись условиями предварительной вакуумной тренировки стенок камеры. В этом случае при высоких значениях Т_е^ОН также наблюдался значительный центральный (3-х кратный нагрев) ионов. 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 обусловленный, как предполагается, формированием здесь внутреннего транспортного барьера. 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, что четко наблюдается при остывании ионов в постнагревной стадии. Эффект улучшения удержания подтверждался данными диамагнитных измерений, спектроскопических, рефлектометрических и МГД зондовых измерений.
    В предлагаемой работе проводится моделирование переноса с помощью АСТРА кода. В качестве механизма улучшения удержания рассматривается изменение радиального электрического поля связанное со значительным нагревом ионой компоненты и, соответственно, шира полоидального E_rґ B вращения плазмы. В модели подчёркивается роль механизма пинча Уэера в условиях, когда n^*_i > n^*_e.

    Литература

1. Будников В.Н., Дьяченко В.В., Есипов и др. Письма в ЖТФ, 1995, т 21, в. 10, с.34 - 39,
2. V.N.Budnikov et al. Bertesgaden ,24th EPS Conf on Cont. Fus. and Pl.Phys,1997,pII, 681-684

ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО ИНИЦИИРОВАНИЮ Н-РЕЖИМА С ПОМОЩЬЮ ИОННОГО ЦИКЛОТРОННОГО НАГРЕВА НА ТОКАМАКЕ ТУМАН-3М.

Андрейко М.В., Аскинази Л.Г., Вильджюнас М.И., Голант В.Е., Дьяченко В.В., Жубр Н.А., Корнев В.А., Крикунов С.В., Лебедев С.В., Левин Л.С., Рождественский В.В., Смирнов А.И., Тукачинский А.С., Фефелов С.А., Щербинин О.Н.

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

    На токамаке ТУМАН-3М осуществлены эксперименты по инициированию Н-режима удержания с помощью ионного циклотронного нагрева. Большинство опытов было проведено в разрядах со следующими параметрами плазмы: R₀=0,53 м, a_l=0,22 м, I_p=140 кА, B_t=0,7 Тл, <n_e>=(1-2)Ч 10¹⁹ м^-3, T_e(0)@ 500 эВ, T_i(0)@ 160 эВ. При этом частота излучения составляла f_RF=11,6 МГц, что соответствует расположению резонанса для первой гармоники водорода вблизи оси камеры, а мощность, вводимая в плазму при использовании одной антенны, достигала 100-200 кВт, что близко к мощности омического нагрева.
    Обнаружено, что ИЦРН не приводит к существенному загрязнению плазмы или значительному росту плотности. Основными факторами, способствовавшими снижению роста плотности и потоков примесей при нагреве и увеличению вводимой мощности, являлись использование защитных экранов из нитрида бора в конструкции антенны и применение боронизации стенок разрядной камеры. Выполненные эксперименты показали некоторый нагрев ионов при напуске водорода в дейтериевую плазму. В этих условиях нагрев ионов находился в диапазоне D T_i @ 100 эВ.
    При превышении некоторой минимальной мощности нагрева зафиксирован переход в Н-режим. Переход происходит практически одновременно с включением ВЧ мощности и, по-видимому, обусловлен быстрым изменением свойств периферии, а не постепенным прогревом плазмы в объёме. Признаками перехода являются существенное увеличение плотности и энергосодержания, а также резкое снижение интенсивности свечения линии Da . Следует отметить, что рост плотности и запаса энергии продолжаются в течение всего разряда, что гораздо больше длительности ВЧ импульса. Это обстоятельство свидетельствуем о формировании под действием нагрева самосогласованного состояния, не разрушающегося даже после выключения нагрева и характеризующегося улучшенным удержанием вещества и энергии (H-режим).
    Рост плотности наблюдаемый при переходе в H-режим несколько снижает эффективность нагрева. По-видимому, снижение эффективности нагрева обусловлено смещением на периферию области поглощения ВЧ мощности.
    В настоящее время анализируются возможные механизмы инициирования H-режима при ИЦР нагреве плазмы: (1) генерация неудерживаемых горячих ионов, приводящая к появлению радиальных токов и полей на периферии, (2) рост плотности на краю в результате периферийного поглощения ВЧ мощности.
    Работа выполнена при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (Гранты № 97-02-18107, № 96-02-17958).

АНАЛИЗ МЕХАНИЗМОВ ФОРМИРОВАНИЯ ВНЕШНЕГО И ВНУТРЕННЕГО ТРАНСПОРТНЫХ БАРЬЕРОВ В ТОКАМАКЕ ТУМАН-3М

Андрейко М.В., Аскинази Л.Г., Голант В.Е., Корнев В.А., Лебедев С.В., Левин Л.С., Тукачинский А.С.

Физико-Технический Институт им. А.Ф.Иоффе РАН, Спб, Россия

    Рассматриваются возможные механизмы возникновения областей подавленного переноса тепла и частиц в режиме омической Н-моды в токамаке ТУМАН-3М. Показано, что обращение шира магнитного поля не может служить обьяснением возникновении т.н. внутреннего Транспортного Барьера (ТБ) ввиду монотонности профиля запаса устойчивости. Наиболее вероятной причиной появления ТБ во внутренних областях в режиме с высоким (до 175кА) током плазмы представляется подавление турбулентного переноса вращением при наличии сильно неоднородного радиального электрического поля. Такое поле может генерироваться в результате несовпадения скоростей пинчевания электронов и ионов в присутствии переменного во времени и неоднородного по малому радиусу продольного электрического поля. Такое возмущение может возникнуть вблизи поверхности q=1 во время внутренних срывов в предположении справедливости модели Б.Б.Кадомцева для пилообразных колебаний. Возникновение радиального электрического поля на границе плазменного шнура вызывает образование внешнего ТБ в омической Н-моде. Генерация такого радиального поля возможна в результате различия эффективных частот столкновений ионов и электронов на периферии плазменного шнура в условиях чисто омического нагрева. Экспериментально наблюдающееся разрушение внешнего ТБ под воздействием быстрого сброса тока подтверждает эту гипотезу.
    Работа выполнена при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (гранты № 96-02-17958 и № 97-02-18051).

ОСОБЕННОСТИ ПОВЕДЕНИЯ УСКОРЕННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ ПРИ БЫСТРОМ ПОДЪЕМЕ ВИХРЕВОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В ТОКАМАКЕ ФТ-2

Будников В.Н., Есипов Л.А., Итс Е.Р., Киптилый В.Г., Крикунов С.В., Лашкул С.И., Подушникова К.А., Рождественский В.В., Шевелев А.Е., Ярошевич С.П.

ФТИ им.А.Ф.Иоффе РАН, г.С.- Петербург, Россия

    Представлены результаты исследования поведения ускоренных электронов в токамаке ФТ-2 при быстром подъеме вихревого электрического поля, Е_z, на начальной и квазистационарной стадиях разряда с разной плотностью плазмы.
    Показано, что поведение мощности синхротронного и коллективного СВЧ-излучения, Р_си,ки, интенсивности жесткого рентгеновского излучения, I_жри, и максимальной энергии электронов, W_m, после первого подъема Е_z типично для плазмы с пучком ускоренных электронов. При малой плотности, N_e<3·10¹³ см^-3, пучок непрерывно раскачивает “веерную” неустойчивость в центральной области плазмы, где появляется плотная, но замедленная компонента пучка. Этому способствует неоднородность профиля N_е(r) и значительная, до 10%, гофрировка В_т. Нелинейная трансформация интенсивных плазменных волн в электромагнитные обусловливает высокий уровень наблюдавшегося КИ. На периферии плазмы происходит свободное ускорение убегающих электронов и возникает менее плотная, но быстрая компонента пучка. В процессе аномальной диффузии электроны замедленной компоненты достигают периферийной области плазмы и выходят на диафрагму вместе с электронами быстрой компоненты благодаря смещению дрейфовых орбит. В течение разряда W_m увеличивается до 3 МэВ. Скорость набора энергии электронами остается постоянной. При большой плотности, N_e>3·10¹³ см^-3, Р_си значително уменьшается, однако мощность СВЧ-излучения в диапазоне частот f_р-2f_р остается на прежнем уровне. Это свидетельствует о стабилизации “веерной” неустойчивости. Убегающие электроны свободно ускоряются до энергии 8 МэВ. Приэтом скорость набора энергии существеннно, в 3 раза, возрастает. Наблюдавшееся в таких условиях интенсивное СВЧ-излучение на частотах f_р -2f_р возможно является электромагнитной компонентой плазменных шумов, усиленной релятивистским пучком при движении в пространственно-неоднородном Вт со значительной гофрировкой.
    Обнаружено, что второй быстрый подъем Е_z на квазистационарной стадии разряда с разной плотностью плазмы вызывает увеличение разрядного тока с 22 кА до 30 кА и некоторый рост N_e. Одновременно возникает короткая вспышка I_жрии более продолжительная-Р_си, а затем с некоторой задержкой-более интенсивная вспышка I_жри.В период между вспышками Р_си и I_жриразрядный ток изменяется незначительно и начинает уменьшаться лишь со спадом Р_си и ростом I_жри. После подъема Е_z скорость набора энергии электронами уменьшается на 30%. Эти данные свидетельствуют о том, что значительное увеличение Е_z на периферии плазмы способствует увеличению скорости рождения и ускорению убегающих электронов, а также дополнительному ускорению быстрых электронов, приходящих сюда из центральной области. Повидимому такие электроны становятся токонесущими и обусловливают наблюдавшуюся добавку разрядного тока.
    Работа поддержана Российским Фондом Фундаментальных Исследований,грант 98-02-18395

ОСОБЕННОСТИ ПОВЕДЕНИЯ ПЛАЗМЫ ВБЛИЗИ РАЦИОНАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ q_min

К.А. Разумова, А.Я. Кислов, Д.А. Кислов, Н.А. Кирнева, Ю.Д. Павлов, А.В. Сушков

ИЯС РНЦ “Курчатовский институт”, Москва, Россия

    На токамаке Т-10 проводились эксперименты, в которых профиль тока в плазмы изменялся путем генерации безиндукционного тока на электронно-циклотронном резонансе. Основной задачей экспериментов было выяснение возможности получения режимов с образованием внутреннего теплового барьера при нагреве только электронной компоненты плазмы. Эксперименты проводились как при генерации ЕС тока на оси плазмы в направлении противоположном основному току (CntrCD), так и при нецентральной генерации тока в направлении согласным с основным током (CoCD). В обоих случаях величина q в центре росла и появлялась возможность создавать область с отрицательным широм. Профиль q(r) был существенно различным в разных условиях эксперимента. Согласно распространенному представлению наличие обратного шира необходимое условие для возникновения внутреннего барьера. Большую роль в его образовании играет также повышенная скорость вращения плазмы и шир скоростей в зоне высокого градиента давления.
    В экспериментах на Т-10 было показано, что при увеличении q_min и приближении его значения к рациональному: q_min=1; 1.5; 2 можно наблюдать в плазме последовательно: 1. Преобразование пилообразных колебаний в “горбатые срывы” (humpbacks). 2.Появление периодических увеличений электронной температуры без внутренних срывов - “горбов” (hills). 3.Возникновение стационарного увеличения центральной температуры Т_е. Во всех этих процессах увеличение температуры начинается в кольце внутри некоторой магнитной поверхности, по-видимому, соответствующей q_min. Снаружи от нее Т_е. Падает в результате уменьшения потока тепла через поверхность с q_min. Удивительным представляется тот факт, что в центре плазмы в начале этого процесса происходит охлаждение электронов, даже в том случае, когда основная ЕС мощность вкладывается в центре (центральный CntrCD). Рост Те(0) происходит позже. Измерения b_р показали, что описанный прирост Т_еприводит к возрастанию полного энергосодержания, хотя и небольшого. Анализ экспериментальных результатов показал, что в описанных условиях можно говорить о возникновении внутреннего барьера в плазме при приближении q_minк рациональному значению. Барьер тем сильнее выражен, чем шире участок малого значения величины dq/dr.
    Картина практически не зависит от наличия в плазме участка с отрицательным широм. Измерения не показали заметного изменения скорости вращения плазмы при возникновении внутреннего барьера. ( Может быть, поэтому улучшение удержания было невелико).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ВОЗМОЖНОСТИ ЗОНДИРОВАНИЯ ПЛАЗМЫ "ПРОБНЫМИ" АЛЬФА-ЧАСТИЦАМИ.

В.С. Заверяев, ^*В.Д. Майсюков, С.В. Поповичев, А.В. Храменков, ^*А.П. Шевченко

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

    Описывается идея измерения плотности тока в токамаке с использованием “пробных” a -частиц [1]. Для этого предлагается вблизи границы плазмы поместить радиоактивный источник, излучающий a -частицы МэВ-ных энергий. Траектории таких “пробных” частиц в плазме полностью определяются конфигурацией магнитного поля токамака. Измерение пространственно-углового распределения a -частиц после прохождения ими объема плазмы может дать информацию о конфигурации магнитного поля, и, следовательно, плотности тока плазмы.
    На начальной стадии эксперимента необходимо было проверить

• возможность функционирования радиоактивного источника вблизи границы плазменного разряда,
• возможность регистрации энергетических спектров a -частиц,
• возможность обеспечения требуемой статистики измерений.

    Работа выполнена при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований, проект № 97-02-16595.

    Литература

1. Zaveryaev V.S., Maisyukov V.D., et.al. Nuclear Fusion, 1995, vol.35, pp.1631
2. Заверяев В.С., Майсюков В.Д. и др. Физика плазмы, 1994, т.20, стр.201