ЭКСПЕРИМЕНТЫ С УЛУЧШЕННЫМ УДЕРЖАНИЕМ НА УСТАНОВКЕ ГОЛ-3-II.

Аржанников А.В., Астрелин В.Т., Бурдаков А.В., Иванов И.А., Койдан В.С., Кузнецов С.А., Меклер К.И., Новожилов С.А., Полосаткин С.В., Поступаев В.В., Ровенских А.Ф., Савчков А.В., Синицкий С.Л., Шошин А.В.

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

    Установка ГОЛ-3-II предназначена для исследований по нагреву и удержанию плотной плазмы в открытой ловушке. Для нагрева плазмы используется мощный пучок релятивистских электронов ( 1МэВ, 30 кА, 10мкс, 200кДж). В предыдущих экспериментах экспериментально продемонстрирована возможность нагрева электронной компоненты плазмы с плотностью 10¹⁵см^-3 до 2-3 кэВ за счет коллективной релаксации микросекундного электронного пучка. Достижение столь высокой электронной температуры в открытой ловушке связано с существованием во время инжекции пучка аномально низкой продольной электронной теплопроводности. В этот период энергетическое время жизни плазмы существенно превышает длительность нагрева (пучка). После окончания пучка коэффициент температуропроводности становится классическим и время остывания плазменного шнура по электронному каналу составляет несколько микросекунд.
    Для решения этой проблемы установка была модифицирована. На входе в соленоид была убрана входная фольга, которая ранее служила для разделения вакуумных объемов ускорителя и разрядной камеры, а также для приема обратного пучку тока. На выходе из соленоида поставлен расширитель, который должен существенно ослаблять электронную теплопроводность. Стартовая плазма создавалась при помощи специального прямого разряда с импульсным напуском рабочего газа. В части соленоида было сделано гофрированное магнитное поле величиной от 2 до 9 Тл. Фактически, длина установки стала 18 метров, из которых предварительная плазма, имеющая свободные границы, занимает 13 метров.
    Основные проблемы, решенные в экспериментах, связаны с влиянием разлетающейся плазмы на работу диода и транспортировкой пучка на 18 метров. Для транспортировки пучка была подавлена винтовая неустойчивость за счет встречного тока, принудительно создаваемого в плазме, оторванной от торцов вакуумными промежутками.
    В результате экспериментов показано, что энергетическое время жизни плазмы существенно возросло, плазменное бета в минимуме поля 0.5 ё 1.

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КВАЗИСТАЦИОНАРНОГО РЕЖИМА РАБОТЫ РЕАКТОРА ''ОКТУПОЛЬ"

А.И. Морозов, Г.И. Дудникова, М.П. Федорук

РНЦ "Курчатовский институт", Москва, Россия.
Институт вычислительных технологий СО РАН, Новосибирск, Россия.

    В работе представлены результаты расчетов cтациционарного термоядерного реактора Галатеи ''Октуполь".
    В расчетах использованы нестационарные уравнения одножидкостной МГД с учетом процессов термоядерного энерговыделения и тормозного излучения. Для получения квазистационарного состояния проведен счет на установление.
    Проведены исследования работы системы при различных начальных параметрах: плотности, температуры и проводимости плазмы. Время жизни плазменной конфигурации составило более двух микросекунд.

ПЕРВЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ НА СФЕРИЧЕСКОМ ТОКАМАКЕ ГЛОБУС-М

В.К. Гусев, ^*С.Е. Бендер, В.Е. Голант, ^*Ю.А. Косцов, ^**Е.А. Кузнецов, В.Б. Минаев, ^*А.Б.Минеев, Е.Е. Мухин, А.Н. Новохацкий, ^*Е.Н. Румянцев, Н.В. Сахаров, Н.А. Стародубцев, Ю.В. Петров, К.А. Подушникова, ^**В.Н. Щербицкий, ^**В.А. Ягнов

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, С. Петербург, Россия
^*НИИЭФА им. Д.В. Ефремова, С. Петербург, Россия
^**ТРИНИТИ, Троицк Моск. обл., Россия

    В докладе обсуждается мотивация исследований на сферических токамаках, особенности и назначение токамака Глобус-М. Первый в России и один из первых в мире сферических токамаков - токамак Глобус-М [1] предназначен для проведения экспериментов в геометрии малого аспетного отношения плазменного шнура, А > 1.5, при магнитном поле на оси <0.65T, токе плазмы ~0.5 MA и. вытянутости по вертикали k~2. Кратко излагается программа исследований и ее возможности по изучению новых физических явлений в плазме токамака.
    Обсуждаются результаты первых экспериментов вклющающих в себя измерение и компенсацию рассеянных магнитных полей установки, эксперименты по предионизации с двумя источниками СВЧ мощности (длина волны 12.5 и 3 см) и получение плазменного шнура в лимитерной конфигурации. Значение магнитного поля на оси вакуумной камеры, а также вольтсекундная емкость центрального соленоида были ограничены возможностями вспомогательных источников питания величиной ~0.1Т и 20 мВсек соответственно. Плазменный шнур с током до 30 кА в лимитерной кофигурации создавался при использовании трех из восьми полоидальных обмоток. Расход вольтсекунд полоидальной системы на формирование шнура и поддержание тока плазмы существенно меньше, чем в токамаках с большим аспектным отношением, но пока еще не достиг ожидаемой минимальной величины.

Литература.

1. Гусев В.К., Голант В.Е., и др. ЖТФ, 1999, том 69, вып 79, стр.58

СЦЕНАРИИ ДОМИНАНТНОГО НАГРЕВА ИОНОВ И ПОДДЕРЖАНИЯ ТОКА В ДИАПАЗОНЕ ИЦР ЧАСТОТ В ИТЭР УМЕНЬШЕННОГО РАЗМЕРА В АКТИВНОЙ И НЕАКТИВНОЙ ФАЗАХ

Вдовин В.Л.

РНЦ ⌠Институт Курчатова■, Институт Ядерного Синтеза, Москва

    В докладе анализируются сценарии нагрева плазмы и поддержания тока в диапазоне ионно-циклотронных (ИЦР) частот нового ИТЭР уменьшенного размера (RC - ITER) в активной и неактивной фазах. Для опции ИТЭРа с большим магнитным полем (IAM) были найдены режимы преимущественного нагрева ионов на второй циклотронной гармонике трития (частоты вблизи 52 МГц, почти 90 % поглощается ионами, что позволяет, в частности, создание внутреннего транспортного барьера ) и режимы эффективной генерации тока Быстрыми Волнами при более высоких частотах (около 60 МГц) в сценариях с обращенным широм.
    Для опции ИТЭР с уменьшенным магнитным полем (LAM) и малым аспектом также найдены режимы с доминантным нагревом ионов на второй тритиевой гармонике и первой дейтериевой гармонике (одновременно) в условиях смещения тритиевого резонанса наружу тора. Однако в опции LAM с обычным широм трудно обеспечить эффекивное создание тока Быстрыми Волнами из-за паразитного циклотронного резонанса Бериллия-9, появляющегося во внешних областях плазмы LAM. В плазме LAM с обращенным широм резонанс Беррилия не появляется в плазме и возможны режимы с эффективной генерацией тока Быстрыми Волнами. Недостатком LAM является меньшее сопротивление излучения антенны благодаря уменьшению часоты генератора (особенно для важных сценариев малых добавок ионов дейтерия/гелия-4 в неактивной фазе работы ИТЭР).
    Для неактивной фазы ИТЭР проанализированы сценарии ⌠тяжелых■ добавок гелия-4 и дейтерия в водородной плазме для опции IAM ИТЭР. Показано, что в этих важных сценариях тяжелых добавок Быстрые Волны легко проникают сквозь барьер непрозрачности и обеспечивают доминантныйнагрев ионов.
    Моделирование Омической плазмы IAM показало, что классический сценарий нагрева на второй гармонике трития не работает из-за малого бэта плазмы и мы успешно проанализировали сценарий ⌠легкой■ добавки ионов гелия-3. Было показано, что сценарий Д/Т + 5% Не-3 с двумя 25 МВт порциямиВЧ мощности на разных частотах обеспечивает надежный механизм однопроходного поглощения волн и создает умеренно энергичный хвост ионов Не-3, который тормозится в основном на ионах, обеспечивая их преимущественный нагрев (важный в том числе для образования внутреннего теплового барьера).
    Окончательно можно сделать заключение, что вариант ИТЭР с большим магнитным полем и аспектным отношением (IAM) выглядит более предпочтительным с точки зрения ИЦР нагрева/поддержания тока благодаря
более перспективным сценариям и большим рабочим частотам, ведущим к большим мощностям антенн при их более компактном размере.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТОКАМАКА С ПЕРЕМЕННЫМ АСПЕКТОМ И МОЩНЫМ R-СЖАТИЕМ (ТОКАМАК ТСП-АСТ)

Э.А. Азизов,^*Е.П. Велихов, В.Н. Докука, И.А. Кован, А.В. Красильников, ^**А.Б. Минеев, В.Д. Письменный, Р.Р. Хайрутдинов, В.А. Ягнов

^*РНЦ ▒КИ▓, Москва
^**НИИЭФА им. Д.В. Ефремова, Санкт-Петербург

    В установке ТСП-АСТ предполагается реализовать программу исследований по следующим направлениям: влияние аспектного отношения А на скейлинг t_Епри различных режимах нагрева плазмы; использование адиабатического сжатия для достижения термоядерных параметров плазмы сферической конфигурации.
    Исследование зависимости t_Еот А предполагает создание равновесных плазменных конфигураций для трех значений аспектного отношения (А=1.6, А=3, А=5) при одинаковой форме сечения плазменного шнура (а=0.24, K=1.7, d=0.4) и фиксированных значениях B_t, I_p, b_p,l_i, которые могут быть реализованы в режиме с доп. нагревом плазмы. Моделирование сценария разряда 1.5-мерным кодом DINA [1] подтверждает возможность реализации указанной выше концепции. Расчеты вертикальной устойчивости плазменного шнура с учетом токов, наведенных на камере, показали, что плазма с А=1.6 и А=5 является устойчивой. Для плазменной конфигурации с А=3 предполагается использование пассивных обмоток внутри камеры, которые, согласно расчетам, обеспечивают устойчивость.
    Процесс адиабатического сжатия плазмы по большому радиусу R моделировался при условии сохранения вертикального размера шнура с учетом токов, наведенных на камере. После старта и формирования плазмы на начальном радиусе R₁=1.08м и ее последующего ICRF-нагрева на уровне P_RF@3MW за время ~ 0.1с затем проводилось быстрое сжатие плазмы до степени сжатия С_R= R₁ / R₂=3. Время сжатия равнялось t_c~5мс, что составляло 0.1t_Е. В результате были достигнуты значения n_iT₀t_Е=1.6Ч 10²⁰m^-3keVs в сжатом состоянии. Из численного эксперимента следует, что естественная вытянутость плазмы способствует устойчивости плазмы по вертикали в процессе сжатия. Энергосодержание плазмы после сжатия в 1.3 раза меньше по сравнению с ⌠адиабатикой■ за счет конечного времени сжатия.

Литература:

1. Khayrutdinov R.R., Lukash V.E., Journal of Comp. Physics, V.109, p.193, (1999)

О ПРОНИКНОВЕНИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ ЧЕРЕЗ КРИТИЧЕСКУЮ ПОВЕРХНОСТЬ.

Тимофеев А.В.

РНЦ ⌠Курчатовский институт■, Москва, Россия

    Анализируется прохождение электромагнитных колебаний через поверхность, на которой частота колебаний равна электронной ленгмюровской. Углы между магнитным полем, волновым вектором и градиентом плотности считаются малыми. Задача в такой постановке представляет интерес для проблем нагрева плазмы в открытых ловушках и распространения радиоволн в ионосфере. Методом комплексного преобразования Фурье найдено решение волнового уравнения, справедливое в малой окрестности критической поверхности. На его основе получены общие выражения для коэффициентов прохождения и отражения, учитывающие явление трансформации падающих колебаний в другую моду. Проанализирован характер лучевых траекторий в окрестности критической поверхности. С помощью решения волнового уравнения найдены правила сопряжения лучей по разные стороны от этой поверхности.

МОДЕЛЬ ИСПАРЕНИЯ ПРИМЕСНЫХ МАКРОЧАСТИЦ, УЧИТЫВАЮЩАЯ ЗАРЯДКУ АБЛЯЦИОННОГО ОБЛАКА

Кутеев Б.В., Сергеев В.Ю., Кострюков А.Ю., Сегаль В.В., Бахарева О.А.

Санкт-Петербургский технический университет, Санкт-Петербург, Россия

    Примесные макрочастицы используются в экспериментах на токамаках для диагностики плазмы, подготовки первой стенки и быстрого выключения разряда. Особенностью примесных макрочастиц по сравнению с водородными является значительно меньшая скорость испарения и меньшие значения оптической толщины облака √ линейного интеграла плотности по облаку.
    Модели испарения примесных макрочастиц были предложены в работах [1,2]. Основным механизмом, ответственным за испарение, является экранирование потоков тепла облаком нейтрального газа. В работах [1,2] предполагалось, что зарядка облака несущественна для испарения. Однако, последние исследования [3,4] показали, что зарядка облака существенна. Кроме того, дополнительного анализа требуют эффекты, обусловленные быстрыми ионами.
    В данной работе для примесных макрочастиц развивается подход, первоначально использованный для анализа испарения водородных макрочастиц [3]. Результаты модели сравниваются с экспериментами по инжекции литиевых таблеток в Гелиотрон-Е [5]. Для простых вычислений предложена полуэмпирическая формула, основанная на скейлинге Паркса, позволяющая для большого числа материалов макрочастиц оценивать скорости испарения и глубины проникновения макрочастиц в плазму.

Литература.

1. Kuteev B.V., et. al., Sov. J. Plasma Physics 10 (1984) 675.
2. Parks P.B., et. al., Nucl. Fusion 28 (1988) 477.
3. Kuteev B.V., et. al., Eur. Conf. Abstracts 19C, Part1, (1995) 121.
4. Parks P.B., Plasma Phys. Contr. Fusion 38 (1996) 571.
5. Sergeev V.Yu., et. al., Plasma Phys. Contr. Fusion 40 (1998) 1785.

ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРОВ ДЛЯ КОНТРОЛЯ МАГНИТНОЙ КОНФИГУРАЦИИ В ТОКАМАКАХ И СТЕЛЛАРАТОРАХ

Настоящий А.Ф., ^*Пустовитов В.Д., ^**Ямазаки К.

ГНЦ РФ ⌠ТРИНИТИ■,142092 Троицк Московской области, Россия
^*РНЦ ⌠КИ■, 123182 Москва, пл. Курчатова,1
^**Национальный институт термоядерных исследований, Токи-сити, Япония

    Как известно, современные крупные установки токамак или стелларатор имеют внушительные размеры. Наблюдаемая в этих установках температура электронов достигает величины ~ 10 кэВ. Как показывают опыты, глобальное время удержания энергии в этих установках зависит от качества магнтной конфигурации, которой можно эффективно управлять. Так, путем создания в плазменном объеме области с отрицательным магнитным широм удается существенно увеличить время удержания энергии. Напомним, что эти результаты получены на основе такого достаточно ⌠грубого■ средства управления током, как инжекция быстрых нейтральных частиц.
    В наших работах [1-2] для решения аналогичных задач, было предложено использовать мощные импульсные лазеры. Сама идея [3] применения лазеров основывается на использовании уникальных свойств лазерной плазмы, образующейся при облучении мишени из замороженного водорода в сильном магнитном поле.
    Как известно, при радиусе плазмы а ~ 1 м наблюдаемая на крупных установках скорость диффузионного расширения плазмы обычно составляет величину V ~ 0.1┘1 м/с. Эта скорость с точки зрения равновесия плазмы представляется незначительной и поэтому в существующих моделях равновесия ею пренебрегают. В то же время магнитное число Рейнольдса при указанных параметрах плазмы Re_m>>1. Это значит, что образующаяся при лазерном врыве пеллеты горячая плазма при своем расширении будет вытеснять магнитное поле. С другой стороны, за счет механизма диффузии магнитное поле будет пытаться просочиться обратно в плазму. В связи с этим можно попытаться реализовать стационарную магнитную конфигурацию, когда оба этих процесса уравновешиваются. Показано, что указанным путем можно реализовать магнитные конфигурации с глубоким ⌠минимумом В■ в центре плазмы и высокими значениями бета. Обсуждается возможность постановки соответствующего эксперимента на установках сравнительно небольших размеров с использованием имеющихся лабораторных лазеров.

Литература

1. Nastoyashchii A.F., V.D.Pustovitov, K.Yamazaki. Proc. APPLA▓99 International Forum (Osaka, Japan, November 1-5,1999).
2. Nastoyaschii A.F. 2^nd IAEA TCM on SSO in Tokamak and Stellarator (Fukuoka, Japan, October 25-29, 1999).
3. Nastoyashchii A.F. Plasma Phys. Rep.22 (1996) 491-499.

ОГРАНИЧЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОГО bДЕСТАБИЛИЗАЦИЕЙ НЕОКЛАССИЧЕСКИХ ТИРИНГ-МОД НА Т-10.

Кислов Д.А., Есипчук Ю.В., Кирнева Н.А., Аликаев В.В., Борщеговский А.А., Волков В.В., Крылов С.В., Мялтон Т.Б., Павлов Ю.Д., Рой И.Н., Субботин А.А. и группа Т-10.

Институт Ядерного Синтеза, РНЦ ╡ Курчатовский Институт ╡ , Москва, Россия.

    Представляются эксперименты, проводимые на токамаке Т-10 по изучению неоклассических тиринг-мод (НТМ), ограничивающих величину bпри величинахb_N значительно ниже идеальных пределов на ряде установок (мягкие пределы по b). В режимах с q_a~7ё10 при инжекции СВЧ мощности P_HF ~ 0.7-1.4MВт (поглощение СВЧ мощности в центральной зоне плазменного шнура) на Т-10 наблюдались мягкие пределы по b. Во время импульса СВЧ нагрева наблюдалась внезапная дестабилизация МГД неустойчивостей, которая приводила к плавному спаду электронной температуры (до 30%) в центральной зоне плазменного шнура. В этих экспериментах к ограничениюbприводила дестабилизация внутренних неустойчивостей с m=2/n=1 или m=3/n=2, интерпретированных как НТМ. В работе подробно рассматривается феноменология наблюдаемого явления.
    Был произведён анализ условий, при которых наблюдается дестабилизация неустойчивостей, а также сравнение с условиями дестабилизации НТМ на других установках. Величины предельныхb_N в эксперименте (b_N~ 0.8) оказывались значительно нижеb_N, требуемых для дестабилизации НТМ на других установках при близких значениях n^*. Показано, что основной причиной такого отклонения является, то что эффект наблюдается при высоких величинах b_р (b_р ~2)и q_a, что обеспечивало значительную (до 30%) долю бутстреп-тока (локальную долю бутстреп-тока на рациональной поверхности до 50%). Условия дестабилизации НТМ анализируются в рамках модифицированного уравнения Резерфорда; обсуждаются возможные эффекты различных членов уравнения.
    В экспериментах была также обнаружена зависимость порогов дестабилизации НТМ от профиля тока в токамаке, формируемого при помощи генерации тока СВЧ волнами. Доля генерируемого тока при этом достигала 30% полного тока (при этом величина q_min изменялась в интервале 1ё2). Производится анализ причин такой зависимости.
    Планируется эксперимент по стабилизации НТМ при помощи генерации тока СВЧ волнами в О-точке магнитного острова.

РАСЧЕТЫ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ БЫСТРЫХ ИОНОВ И ТЕРМОЯДЕРНЫХ НЕЙТРОНОВ В ГДЛ ДЛЯ РЕЖИМА С КОНЕЧНЫМ b.

А.В. Аникеев, К. Ноак^*, Г. Отто^*

Институт ядерной физики СО РАН, Новосибирск, Россия
^*Forschungszentrum Rossendorf, Dresden, Germany

    В последних экспериментах на установке Газодинамическая Ловушка (ГДЛ) была получена ионно-горячая плазма с высокими параметрами: плотность быстрых ионов со средней энергией 8 кэВ достигла в точках остановки 10¹³ cm^-3, плотность мишенной плазмы при этом составила5х10¹³ см^-3, Т_е более 100 эВ, ~ 20%. При этих параметрах были проведены тестовые эксперименты по инжекции в плазму атомов дейтерия и регистрации продуктов DD-реакции [1].
    Для сравнения результатов эксперимента и предсказаний теории относительно поведения быстрой компоненты в ГДЛ были проведены расчеты параметров быстрых ионов в ГДЛ и пространственных распределений продуктов термоядерных реакций с помощью кода FIT (Fast Ion Trasport Code) основанного на методе Монте-Карло [2]. Для этого в код был добавлен модуль, вычисляющий пространственное распределение источников реакций, а также учтено изменение магнитного поля вызванное конечностью b. Модернизированный код FIT был использован для расчетов параметров быстрых частиц и продуктов т/я реакций в различных режимах работы ГДЛ (включая проектные).
    В докладе представлены пространственные распределения плотности быстрых ионов и нейтронного потока для режимов с дейтериевой инжекцией. Представлены зависимости параметров быстрых ионов и нейтронного выхода от электронной температуры в мишенной компоненте, магнитного поля, энергии инжекции. Дополнительно приведены расчеты для DT-реакции (инжекция D-T смеси) и режимов с высоким b .

Литература

1. A.V.Anikeev, et al, 26th EPS CCFPP, Maastricht, The Netherlands, Contributions ECA. v.23J, p.1781-1784 (1999)
2. H.Kumpf, St.Krahl, K.Noack, G.Otto, S.Collatz, Annual Report 1993 Institute for Safety Research, Forschungszentrum Rossendorf e.V.(Preprint FZR -68, 1994).

РАВНОВЕСИЕ И УСТОЙЧИВОСТЬ ПЛАЗМЫ В ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ОТКРЫТЫХ ЛОВУШКАХ С ДИВЕРТОРАМИ

Арсенин В.В., Куянов А.Ю.

Институт ядерного синтеза РНЦ ⌠Курчатовский институт■, Москва, Россия

    В осесимметричных открытых ловушках достижимы равновесия плазмы с b = 8p p/B² ~ 1 и отсутствует неоклассический поперечный перенос. Это выделяет пробкотроны (как в собственно открытом варианте, так и в качестве основных по объему элементов замкнутой конфигурации типа Дракон или псевдосимметричной геометрии) среди систем магнитного удержания. Известен ряд способов обеспечения МГД устойчивости осесимметричных ловушек. Привлекательна √ возможностью разместить нужное число стабилизаторов по длине системы √ стабилизация с помощью диверторов [1-3]. Возникают задачи анализа равновесия и устойчивости плазмы в ловушке с диверторами.
    В данной работе получена картина равновесия плазмы изотропного давления в прямой периодической цепочке ловушек с диверторами. Решается уравнение Грэда √ Шафранова при заданных токах во внешних проводниках. Для различных профилей p(y ) , y- потоковая координата, найдена максимальная величинаb , рассчитываемая по вакуумному полю на оси в диверторе. Эта величина (порядка единицы ) зависит от вида p(y) .
    Для случая b<< 1 изучена устойчивость плазмы анизотропного давления в системе из двух пробкотронов, соединенных ячейкой с дивертором. Используется необходимое и достаточное условие устойчивости Крускала √ Обермана. Определен предельный по устойчивости ⌠радиальный■ профиль давления при различных отношениях давлений в пробкотроне и в диверторе, этот профиль зависит также от анизотропии.

Литература

1. Lane B., Post R.S., Kesner J. Nucl. Fusion. 1987. V.27. P.277.
2. Пастухов В. П., Соколов А.Ю. Физика плазмы.1991. Т.17. C.1043; Соколов А.Ю. Физика плазмы. 1992. Т.18. С.657.
3. Post R.S., Brau K., Casey J. et al. Plasma Phys. and Contr. Nucl. Fusion Res. (12^th Int. Conf., Nice, 1988 ). Nucl. Fusion Suppl. 1989. V.2. P.493.

НАГРЕВ ПЛАЗМЫ НАДТЕПЛОВЫМИ ЭЛЕКТРОНАМИ В МАГНИТНОЙ ЛОВУШКЕ.

В.Т. Астрелин, Е.В. Бобух.

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

    Постановка задачи вытекает непосредственно из экспериментальных работ по двухступенчатому нагреву плотной плазмы релятивистским электронным пучком на установке ГОЛ-3-II [1]. Основная компонента плотной (n_e=10¹⁵ см^-3) плазмы в магнитной ловушке нагревается до температуры T_e~1 кэВ. В процессе нагрева возникают также надтепловые электроны с энергиями в диапазоне 3-100 кэВ. По оценкам, их энергосодержание достигает 50% от всей энергии, теряемой электронным пучком в плазме. Расчёт динамики этих электронов и их вклада в энергобаланс плазмы в реальных экспериментальных условиях приводит к задаче о решении уравнения Фоккера-Планка с кулоновскими процессами в магнитных полях сложных конфигураций.
    Для решения этой задачи была разработана численная модель на основе метода частиц, имеющая ряд специфических особенностей, в частности:

• Использование постоянного числа модельных частиц для описания систем с источниками и стоками, что сохраняет точность расчётов, обусловленную статистическими шумами, на заданном уровне независимо от изменения числа физических частиц.
• Использование, на основе подхода из [2], случайных сил в правой части уравнений движения модельных частиц, что позволило учесть процессы диффузионного типа в пространстве скоростей, в том числе в криволинейных системах координат.

• Модель не имеет ограничений на энергию или длину пробега электронов.
• Рассматриваются магнитные системы различных конфигураций, в частности, многопробочные.
• Качественно учтены аномальные столкновительные эффекты [3].

Литература

1. А.В.Бурдаков, С.Г.Воропаев, А.Ф.Губер и др. Эксперименты по двухступенчатому нагреву плазмы на ГОЛ-3-II. Препринт ИЯФ 92-12, Новосибирск, 1992, .
2. L.Spitzer and M.H.Hart. Random Gravitational Encounters and the Evolution of Spherical Systems. I. Method, Astrophys. J., 1971, vol.164, pp.399-409
3. А. В. Бурдаков, В. В. Поступаев. Особенности переноса тепла при пучковом нагреве плазмы в экспериментах на установке ГОЛ-3. Препринт ИЯФ 92-9.

РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СТАТИСТИЧЕСКОГО СБОЯ ВИТКОВ И УГЛА НАМОТКИ СПИРАЛИ КРЭЛА НА МАГНИТНУЮ СТРУКТУРУ УСТАНОВКИ ДРАКОН-1

В.В.Кондаков, С.Ф.Перелыгин, В.М.Смирнов

Московский государственный инженерно-физический институт (технический университет), Москва, Россия

    На кафедре ⌠Физика плазмы■ в МИФИ предложен проект исследовательской установки для изучения свойств магнитной системы для удержания плазмы ДРАКОН-1 [1], состоящей из двух открытых ловушек, замкнутых криволинейными элементами (КРЭЛами). Геометрическая ось КРЭЛа состоит из одного оборота спирали с дополнительными участками в 1/4 окружности на концах. Кривизна оси КРЭЛа не претерпевает скачков.
    Расчет вакуумных магнитных поверхностей в модели ДРАКОНа-1 показывает, что статистический разброс ориентации осей токовых витков до 5° и статистический сбой центров витков до 0.03r₀ не приводит к разрушению магнитных поверхностей вплоть до а=0.87r₀, где r₀ - радиус колец в прямых участках, a - метка магнитной поверхности (ее радиус в центре прямого участка); магнитная силовая линия с меткой а=0.87r₀ совершает 8 оборотов в системе, после чего резко выходит из установки, то есть магнитная поверхность разрушается скачком. В пределах погрешности на 1000 оборотах стохастизация поверхности а=0.467r₀ в случае идеальной обмотки и при статистическом сбое витков не наблюдается. Возврат силовой линии в стартовую точку после 1000 оборотов показал, что при точности метода Рунге-Кутта 3-го порядка 10^-6 см на одном шаге расхождение составилопо радиусу магнитной поверхности и вдоль магнитной поверхности. Погрешность e определения положения поверхности растет с ростом числа обходов N при N>100 как . Зависимость угла вращательного преобразования от a в случае идеальной обмотки хорошо апроксимируется формулой . Радиус рациональной поверхности, когда магнитная силовая линия, совершая 8 оборотов в системе, замыкается сама на себя, можно найти из соотношения , где n=8, а m=1, и он равен a_r╩0.472r₀ . Статистический сбой витков приближает рациональную поверхность к магнитной оси: сбой центров в 0.007r₀ дает a_r╩ 0.455r₀, сбой ориентации 0.1° дает a_r╩0.432r₀, а 1° - a_r╩0.421r₀ . Таким образом, статистический сбой витков не разрушает внутренние магнитные поверхности, а уменьшает радиус рациональной поверхности, сокращая тем самым полезный объем для удержания плазмы.
    Оптимизация ДРАКОНа-1 по углу намотки спирали КРЭЛаgс целью сближения дрейфовых и магнитных поверхностей, а также уменьшения продольных токов Пфирша-Шлютера в прямых участках приводит к диапазону углов g =41° - 42°, то есть минимизация сдвига дрейфовых поверхностей относительно магнитных, проводимая в одночастичном режиме, примерно эквивалентна минимизации продольных диамагнитных токов и позволяет оценить их поведение в плазме.

Литература.

1. Перелыгин С.Ф. Альтернативная термоядерная установка типа дракон. Препринт МИФИ-021-96 с.10-19

ГОФРИРОВАННЫЙ ТОР СО СВОЙСТВОМ ИЗОМЕТРИИ ВО ВТОРОМ ПОРЯДКЕ ПАРАКСИАЛЬНОГО ПРИБЛИЖЕНИЯ

Звонков А.В., Сковорода А.А.

ИЯС РНЦ Курчатовский Институт, Москва, Россия

    Рассматриваются тороидальные ловушки с плоской магнитной осью без вращательного преобразования √ гофрированные торы, магнитное поле которых обладает свойством полоидальной изометрии в приосевой области [1]. Выполнение этого свойства обеспечивает отсутствие супербанановых потерь из ловушки, так как дрейф бананов происходит по магнитной поверхности в полоидальном направлении.
    Уравнение для параметров изометричной магнитной конфигурации в первом порядке параксиальности было получено в [1]. В настоящей работе получено уравнение для параметров вакуумной магнитной конфигурации, обеспечивающее выполнение условия полоидальной изометрии во втором порядке параксиального приближения. Рассмотрен вопрос существования решений этого уравнения.

Литература

1. А.А.Сковорода, В.Д.Шафранов. Физика плазмы, 1995, Т.21, С.937.

ИССЛЕДОВАНИЕ ТУРБУЛЕНТНОСТИ ПЛАЗМЫ ТОКАМАКОВ МЕТОДАМИ РАССЕЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

В.В. Буланин, Л.А. Есипов^*, Е.Р. Итс^*, С.И. Лашкул^*, С.В. Лебедев^*, Л.С. Левин^*, А.В. Петров, В.С. Ройтерштейн

Санкт-Петербургский технический университет, Санкт-Петербург, Россия
^*Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия

    В работе представлен обзор исследований флуктуаций плазмы малого масштаба методами лазерного и микроволнового рассеяния на токамаках Туман-3М и ФТ-2 (ФТИ им. А.Ф.Иоффе, РАН). Интерес к изучению мелкомасштабной турбулентности плазмы, как известно, связан с тем, что, согласно теоретическим представлениям, турбулентные флуктуации масштаба ларморовского радиуса ионов или бесстолкновительного скин слоя могут быть ответственными за аномальный перенос заряженных частиц и энергии в зоне удержания токамака. Основное внимание в докладе уделено именно вопросу о том, в какой мере можно определить связь между данными о флуктуациях, полученных методами рассеяния электромагнитного излучения, и коэффициентами аномальных переносов.
    На токамаке ФТ-2 исследования проводились методом коллективного рассеяния излучения СО₂-лазера в омическом режиме и при переходах к улучшенному удержанию, инициированному быстрым подъемом тока и ВЧ импульсом НГ диапазона. На токамаке Туман-3 для изучения турбулентности плазмы при переходе к омической Н-моде использовался метод обратного микроволнового рассеяния с возможностью изменения угла падения зондирующей волны. Переход к улучшенному удержанию, как на одном, так и на другом токамаке, сопровождался уменьшением уровня флуктуаций. Однако для демонстрации того, что изменения уровня и спектра флуктуаций определяют подавление процессов турбулентного переноса, потребовалось привлечение специальных методов обработки данных. На токамаке Туман-3М, опираясь на представления, развитые группой установки Tore Supra, по ширине спектров обратно рассеянного излучения были определены коэффициенты аномального переноса. Они оказались близки к коэффициентам, которые определялись из баланса заряженных частиц. На токамаке ФТ-2 оценки коэффициента турбулентной диффузии удалось найти только для омической стадии разряда, в которой методом рассеяния лазерного излучения были получены наиболее полные данные. Коэффициенты турбулентной диффузии при этом определялись, как параметры в задаче прямого моделирования спектров рассеянного излучения.

    Работа проводилась при финансовой поддержке РФФИ (проект ╧ 97-02-18119) и INTAS (проект ╧ 97-11018).

ИЗМЕРЕНИЕ ИОННОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАЗМЫ В ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ ЛОВУШКЕ МЕТОДОМ РЕЗЕРФОРДОВСКОГО РАССЕСНИЯ

Зуев А.А., Карпушов А.Н., Корепанов С.А., Мурахтин С.В.

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

    Для измерения ионной температуры мишенной плазмы в газодинамической ловушке (ГДЛ) создана диагностика на базе диагностического инжектора ДИНА-4. Характерные значения плотности плазмы в ловушке 10¹⁴ см^-3, температура 50 эВ. Пучок атомов гелия с энергией 10 кэВ и эквивалентным током 1 А инжектируются под углом 9° к оси наблюдения и, рассеиваясь на ионах плазмы, попадает в электростатический анализатор на основе микроканальной пластины. В анализаторе ионы гелия сепарируются по энергиям, при этом ширина функции распределения определяется энергией ионов мишенной плазмы, что позволяет восстанавливать ионную температуру вдоль оси диагностического пучка.
    В рамках сотрудничества с University of Wisconsin - Madison США на установке MST собрана аналогичная диагностика с использованием двух анализаторов, что позволило измерить температуру, плотность и групповую скорость ионов плазмы.

BY A ION TEMPERATURE MEASUREMENT RUTHERFORD SCATTERING BEAM DIAGNOSTIC.

A.N. Karpushov, S.A. Korepanov, S.V. Murakhtin, A.A. Zuev.

Budker Institute of Nuclear Physics, Novosibirsk, Russia

    The neutral diagnostic based on the beam of injector DINA-4 has been developed for the ion temperature measurement of the target plasma in the gas-dynamic trap (GDT).
    In the GDT the target plasma density is 10¹⁴ cm^-3, the ion temperature is 50 eV. The beam of helium atoms is injected at the angle of 9^o to the observation direction. The injection energy is 10 keV; the total equivalent current is 1A. The neutral beam is scattered on the plasma ions and gets in the electrostatic analyzer based on a microchannel plate. In the analyzer the helium ions are separated on the energy. The width of energy distribution function depends on the energy ions of target plasma. This allows restoring the ion temperature in the direction of a diagnostic beam.
    The similar diagnostic with two energy analyzers is assembled on MST reversed field pinch at the Wisconsin University (Madison, USA). This diagnostic is used for the measurement of the temperature, density and flow velocity of the plasma ions.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАЗМЫ ИЗ МЯГКОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ ОТКЛЮЧЕНИИ ЭЦР НАГРЕВА НА Т-10.

В.Ф. Андреев, Ю.Н. Днестровский, К.А. Разумова, А.В. Сушков

РНЦ ⌠Курчатовский институт■, Москва, Россия

    Определение профиля вложенной мощности при ЭЦР нагреве в плазму требует знания детального поведения изменения электронной температуры, возникающей при отключении дополнительного нагрева [1-2]. Поэтому необходима диагностика для определения электронной температуры с хорошим пространственным и временным разрешением. Пространственное разрешение необходимо из-за того, что полуширина профиля вложенной мощности составляет всего несколько сантиметров. Временное разрешение необходимо из-за того, что задача определения профиля вложенной мощности решается в линейном приближении на достаточно малых временах, чтобы можно было бы пренебречь изменением интегральных параметров плазмы.
    В настоящее время на установке Т-10 нет диагностики измерения электронной температуры, удовлетворяющей вышеизложенным требованиям. В тоже время имеется диагностика мягкого рентгеновского излучения, которая обладает очень хорошим как пространственным (~1см) так и временным (~5мкс) разрешением. Данная диагностика, в отличие от измерения электронной температуры по второй гармонике электронно-циклотронного излучения, оказывается нечувствительной к частоте, на которой работают гиротроны. Это позволяет получать экспериментальные сигналы со всех каналов измерения по всему радиусу плазмы.
    Диагностика мягкого рентгеновского излучения интересна еще тем, что позволяет определять зависимость Z-эффективного в плазме, как функцию радиуса. Если известна электронная температура плазмы и плотность электронов, то задача нахождения неизвестной функции Z-эффективного может быть сформулирована как задача абелизации. Аналогично, если известна электронная температура плазмы и зависимость Z-эффективного от радиуса, то задача нахождения неизвестной плотности электронов ставится как задача абелизации.
    В работе сформулирована постановка задачи абелизации для определения изменения электронной температуры плазмы при отключении ЭЦР нагрева. Рассмотрено несколько алгоритмов ее решения и проведено сравнение их эффективности и точности. Для конкретных импульсов на токамаке Т-10 приведены результаты нахождения изменения электронной температуры плазмы при отключении ЭЦР нагрева.

    Работа поддержана Российским Фондом Фундаментальных Исследований, гранд ╧ 98-02-16277.

Литература

1. Andreev V.F., Dnestrovskij Yu.N., Razumova K.A., Sushkov A.V., 24-th EPS Conf. Control. Fusion and Plasma Phys. Part II, (1997), p.937.
2. Andreev V.F., Dnestrovskij Yu.N., Lysenko S.E., Razumova K.A., Sushkov A.V., 26-th EPS Conf. Control. Fusion and Plasma Phys. Abstract of Invited and Contributed Papers. Maastricht, 14-18 June, 1999, p.245.

ВЛИЯНИЕ ТОНКИХ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ СЛОЁВ НА ОТРАЖАЮЩУЮ СПОСОБНОСТЬ ЗЕРКАЛ, РАЗМЕЩАЕМЫХ ВНУТРИ ВАКУУМНОЙ КАМЕРЫ ТЕРМОЯДЕРНОЙ УСТАНОВКИ

Д.В. Орлинский, В.Н. Бондаренко¹, В.С. Войценя¹, В.Г. Коновалов¹

РНЦ Курчатовский институт, Москва РФ;
¹ИФП ННЦ ХФТИ, Харьков, Украина

    Специалисты в области спектральных и лазерных методов диагностики плазмы сталкиваются с проблемой уменьшения прозрачности (Т) диагностических окон из-за появления осадка. Например, после нескольких месяцев экспериментов на токамаке TFR пропускание окна лазерной диагностики уменьшилось до 4% на l=400нм и до 34% на l =700нм от начального значения Т=93%, [1]. Причиной роста осадка была карбонизация, проводившаяся для улучшения вакуумных условий, и главным его компонентом, согласно [1], был углерод. Углерод, оказался доминирующим компонентом и в осадке, который появился на окне лазерной диагностики токамака JT-60, как показал химический анализ [2].
    Подобный осадок должен нарастать и на зеркалах, размещаемых внутри вакуумного объёма. Важно, что влияние осадка на отражение зеркала будет сильнее, чем на пропускание окна, поскольку свет проходит осаждённую плёнку два раза, и луч падает на зеркало не перпендикулярно поверхности, как в случае окна, а под углом близким к 45° .
    Необходимость помещать зеркала внутрь вакуумного объёма уже появилась на крупных установках (ASDEX, JT-60, Tore Supra, LHD) и эти зеркала могут покрываться плёнкой. Поскольку большая часть поверхности вакуумной камеры защищена углерод-содержащими материалами, то именно углерод будет доминирующим компонентом осадка. В случае применения боронизации, бор должен быть дополнительным компонентом.
    Насколько нам известно, до настоящего времени не было опубликовано данных относительно влияния осаждённой бор-углеродной плёнки на отражательную способность металлических зеркал. В работе мы приводим результаты измерений отражения зеркал из нержавеющей стали и молибдена, покрытых плёнкой, а также результаты расчётов, выполненных для некоторых пар: бор-углеродная плёнка √ металлическая подложка.
    Из приведенных данных следует, что даже тонкая бор-углеродная плёнка, h10нм существенно ухудшает отражение, особенно в УФ области. Такая толщина плёнки намного меньше толщины осадка, h100нм, который появляется на поверхностях вакуумных камер в результате регулярно повторяющейся процедуры карбонизации или боронизации [3].

Литература

1. D.H.McNeil. Rev. Sci. Instr., 61 (1990) 1263.
2. H.Yoshida, O.Naito, T.Hatae and A.Nagashima. JAERI-Research 96-062.
3. J.Nucl.Mater., vol. 176/177 and vol. 196-198.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕНОСА ПЛОТНОСТИ ПЛАЗМЫ НА ТОКАМАКАХ Т-10 И START.

Ю.Н. Днестровский, А.Ю. Днестровский, С.Е. Лысенко, К.Н. Тарасян, М.П. Грязневич^*

РНЦ Курчатовский Институт, Институт Ядерного Синтеза, Москва,Россия
^*Евроатом, UKAEA Синтез, Научный Центр Калэм, Абингдон, Англия

    Одновременное измерение электронной температуры и плотности плазмы в совокупности с самосогласованным моделированием баланса энергии и частиц позволяет поставить задачу определения коэффициента диффузии плазмы. Для этого мы разыгрываем временной сценарий разряда, предполагая, что средняя плотность плазмы, как функция времени, также известна из эксперимента. Величина источника и, соответственно, потока частиц определяются коэффициентом диффузии. В то же время поток частиц плазмы задает конвективные потери тепла и влияет на температуру. Кроме того диффузия влияет на температуру через возможное разрушение краевого транспортного барьера при Н-моде за счет конвекции тепла. Эти эффекты, но без самосогласованного подхода, изучались авторами в предыдущей работе [1].
    В данной работе предполагается, что поток тепла определяется транспортной моделью канонических профилей, а структура потока частиц аналогична структуре потока тепла в этой модели [2]. Предполагается также, что коэффициент диффузии пропорционален коэффициенту теплопроводности с неизвестным (но постоянным) коэффициентом, который нужно определить на основе сравнения с экспериментом. При этом используются данные по профилям плотности и электронной температуры плазмы, а также экспериментальные оценки потоков холодных нейтралов на краю плазмы.
    В работе исследовалась плазма токамака Т-10 и START в омических режимах с разной плотностью. При низкой плотности в отсутствие Н-моды (см. по STARTу [3]) были проведены ⌠нормировочные■ расчеты для определения коэффициента диффузии для Т-10 и START. В режимах со средней плотностью (3·10¹⁹m^-3 < n < 6·10¹⁹m^-3), когда на STARTe возможно образование Н-моды [3], исследовались условия образования транспортного барьера по плотности и температуре при различных плазменных параметрах. Для токамака Т-10 исследовались режимы с Н-модой при дополнительном нагреве.

Литература.

1. Yu.N.Dnestrovskij et al., The role of convective heat losses in the START Ohmic plasma confinement, 26-th EPS Conf. on Contr.Fusion and Plasma Phys., Rep.P4.109, page 1785.
2. Ю.Н.Днестровский и др., Физика Плазмы, 1997, с.614-623.
3. A.Sykes et al., H-mode operation in the START spherical tokamak, Phys.Rev.Lett., accepted for publication.

НАБЛЮДЕНИЕ Н-МОДЫ НА Т-10 С ПОМОЩЬЮ ПУЧКА ТЯЖЕЛЫХ ИОНОВ

Л.Г. Елисеев, Л.Г. Зимелева, В.А. Маврин, А.В. Мельников

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

    Для измерения локальных значений потенциала плазмы в режимах с электронно-циклотронным (ЭЦ) нагревом на установке Т-10 была модернизирована диагностика зондирования плазмы пучком тяжелых ионов. Использовался пучок ионов Tl⁺ с энергией до 240 кэВ и током несколько десятков мкА. Проводился анализ временной эволюции пространственного профиля потенциала в режимах с самопроизвольным улучшением удержания плазмы. В области, расположенной снаружи от ЭЦ резонанса, наблюдалось явное падение потенциала порядка -200ё-600 В. Одновременно наблюдалось ослабление свечения линии D_a, подъем средней плотности и образование пьедестала плотности на краю. Вблизи лимитера формировалась узкая (~ 1 см) область с сильным радиальным электрическим полем E_r@300 В/см. Все это является типичными признаками Н-моды.

    Работа поддержана РФФИ, грант 99-02-18457.

OBSERVATION OF THE H-MODE BY HIBP ON THE T-10 TOKAMAK

L.G. Eliseev, L.G. Zimeleva, V.A. Mavrin, A.V. Melnikov

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

    The Heavy Ion Beam Probe (HIBP) diagnostics on the T-10 tokamak was modified to measure the local values of the plasma potential during ECRH heating. The Tl⁺ ion beam with the energy up to 240 keV and intensity about a few dozens mA was used in experiments. The time evolution of spatial profile of potential in regimes with spontaneous improvement of the plasma confinement is analyzed. The clear fall of the potential in the range of -200 ё -600 V was observed in the outer region with respect to EC resonance. The fall down of the potential accompanies by the fall of D_aintensity, the growth of the line-averaged density and formation of the density pedestal at the edge. The thin (about 1 cm) area with the strong radial electric field E_r (~300V/cm) was observed near the limiter. All those are typical attributes of the H-mode.

    This work was supported by RFFI Grant No. 99-02-18457.

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ ТРУБЧАТОЙ ОДНОЗАРЯДНОЙ ПЛАЗМЫ

И.А. Котельников

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

    Облако однозарядной плазмы, состоящей из частиц одного сорта, например, только из электронов, может находиться в состоянии глобального термодинамического равновесия, но быть ограниченным в пространстве [1,2]. Такое облако может удерживаться длительное время (более часа) в цилиндрически симметричной ловушке Малмберга-Пеннинга без видимых признаков деградации параметров плазмы [3]. Так как объемный заряд ненейтральной плазмы вносит существенный вклад в электрическое поле, только узкий класс профилей плотности совместим с уравнением Пуассона. В работе найден новый класс распределений плотности в виде полой трубки, окружающей заряженный стержень, установленный вдоль оси цилиндрической камеры ловушки Малмберга-Пеннинга. В пределе, когда дебаевская длина l_D мала по сравнению со всеми геометрическими размерами ловушки, термодинамически равновесное распределение приобретает столообразную форму, причем плотность по существу постоянна в промежутке между некоторыми внутренней и внешней поверхностями вращения и затем быстро уменьшается практически до нуля на расстоянии порядка нескольких l_D . В системе координат, где единицей длины является дебаевский радиус l_D , профиль плотности является универсальной функцией радиуса r и еще двух параметров, характеризующих средний радиус и толщину плазменной трубки.

Литература

1. S.A. Prasad and T.M. O'Neil. // Phys. Fluids, v.22, 278 (1979).
2. D.H.E. Dubin and T.M. O'Neil. // Rev. Mod. Physics, p.87 (1999).
3. J.H. Malmberg and C.F. Driscoll. // Phys. Rev. Lett., v.44, 654 (1980).

ДИОКОТРОННАЯ НЕУСТОЙЧИВОСТЬ НЕНЕЙТРАЛЬНОЙ ПЛАЗМЫ

Арефьев А.В., ^*КотельниковИ.А.

University of Texas at Austin, Austin, TX, USA
^*Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, Новосибирск, Россия

    Исследована эволюция начальных возмущений диокотронного типа с азимутальным числом l=1 в холодной ненейтральной плазме в ловушке Пеннинга-Малмберга.
    Проведен анализ условий возникновения алгебраических неустойчивостей, амплитуда которых растет со временем по степенному закону. В плазме с немонотонным профилем плотности найдены алгебраические неустойчивости, растущие со временем пропорционально t^2/3 и t, т.е. быстрее, чем известная ранее неустойчивость с законом роста t^1/2[1].
    Показано, что при сглаживании разрывов плотности плазмы нейтрально устойчивые возмущения начинают экспоненциально убывать, и вычислена зависимость таких возмущений от времени.
    Сделан вывод, что в ловушке Пеннинга-Малмберга с центральным электродом ненейтральная плазма более устойчива, чем в ловушке без центрального электрода, поскольку алгебраически неустойчивые возмущения трансформируются в экспоненциально затухающие колебания при , причем такая трансформация наступает тем позже, чем тоньше центральный стержень.

Литература

1. R.A. Smith and M.N. Rosenbluth // Phys. Rev. Lett., v.64, 649 (1990).