ИЗМЕРЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТОКОВ ТЕРМОЯДЕРНЫХ ПРОТОНОВ ПО ПИТЧ-УГЛАМ С ПОМОЩЬЮ ФОЛЬГ-ЗАМЕДЛИТЕЛЕЙ НА ТОКАМАКЕ Т -10.

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

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

    Протоны, рождающиеся в результате термоядерной DD-реакции, обладают достаточно большой энергией (3 МэВ) и поэтому они практически не взаимодействуют с частицами основной плазмы. По той же причине на форму их траекторий не оказывает влияние электрическое поле. Таким образом, орбиты термоядерных протонов полностью определяются конфигурацией магнитного поля, а распределение этих частиц по питч-углам при их выходе на стенку зависит от формы профиля источника DD-реакции и пространственным распределением плотности тока плазмы [1].
    Для измерения питч-углового распределения неудерживаемых заряженных продуктов синтеза используется, как правило, несколько коллимированных спектрометрических детекторов [2], а в случае высокой интенсивности реакций синтеза √ один позиционно-чувствительный детектор [3].
    На токамаке Т-10 ширина диагностического патрубка не позволяет разместить большое число детекторов, а интенсивность термоядерной реакции не превышает 10¹⁰ 1/c. Поэтому для проведения таких измерений использовался альтернативный подход, заключающийся в следующем. Перед одним спектрометрическим кремниевым ППД располагалось от двух до трех коллиматоров, прикрытых тонкими однородными алюминиевыми фольгами различной толщины. После прохождения фольги 3-МэВ-ные протоны теряли часть энергии, и на измеренных энергетических спектрах формировалось несколько пиков. Положение этих пиков на спектре определяется толщиной фольг-замедлителей и соответствует конкретному коллиматору. Предварительные измерения [4] продемонстрировали осуществимость такого подхода.
    В измерениях, проведенных на Т-10, использовались три детектора с полным числом коллиматоров, равным семи. Таким образом, за один разряд проводились измерения потоков термоядерных протонов для семи значений питч-углов от 50^о до 120^о. Измерения проводились при следующих параметрах разрядов: B_t=2.4-2.6 T, I_p=260-350 кA, <n_e>=3.0-4.0╢10¹³ cм^-3. Распределение протонов по питч-углом оказалось несимметричным относительно максимума при питч-угле, равном 90^о. При изменении направления тока плазмы питч-распределение, как и следовало ожидать, зеркально отображалось относительно своего максимума.
    Наиболее интересные результаты были получены в режимах с пеллет-инжекцией во время ЭЦР-нагрева плазмы. После инжекции в плазму пеллеты наблюдалось резкое увеличение нейтронного выхода, сопровождавшееся соответствующим ростом потока термоядерных протонов. Одновременно изменялся характер питч-распределения, что может быть объяснено расширением профиля источника DD-реакции.

    Работа выполнена при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований, проект ╧97-02-16595.

Литература

1. Karulin N.E., Putvinskij. S.V. // Nucl. Fusion, 1985, v. 25(8), p.961-970.
2. Heidbrink W.W., Lovberg J. et. al. // Nucl. Fusion, 1987. v. 27(1), p.129-133.
3. S.J.Zweben // Nuclear Fusion, 1989, v. 29(5), р. 825-833.
4. Заверяев В.С., Майсюков В.Д. и др. // Физика плазмы, 1999, т. 26(2), с. 1-6.

ИНЖЕКТОР КРУПИНОК ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛОТНЫХ ПЛАЗМЕННЫХ СГУСТКОВ НА УСТАНОВКЕ ГОЛ-3-II

Бурдаков А.В., Иванов И.А., Койдан В.С., Меклер К.И., Полосаткин С.В., Поступаев В.В., Ровенских А.Ф.

Институт ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН, Новосибирск 630090, Россия

    Предложено проведение экспериментов с инжекцией крупинок вещества в плотную высокотемпературную плазму, получаемую на установке ГОЛ-3-II. Нагрев плазмы в соленоиде осуществляется пучком релятивистских электронов (1 МэВ, 10 мкс, 200 кДж). В результате коллективного взаимодействия с пучком плазма с плотностью масштаба 10¹⁵ см^-3 приобретает электронную температуру до 1-2 кэВ (описание установки и экспериментов см., напр., в [1]). Инжекция крупинок вещества в такую плазму позволит решить ряд важных экспериментальных задач. Во-первых, крупинки будут использоваться как источник вещества для создания в горячей плазме компактных сгустков, имеющих плотность 10¹⁶ё10¹⁷ см^-3. Во-вторых, с применением различных диагностик по динамике облака испаренного вещества крупинки можно получить информацию о локальных свойствах плазмы (коэффициенты переноса, потенциал плазмы и т.п.), о взаимодействии плазмы с поверхностью (динамика испарения и разлета). По сравнению с ранее применявшейся технологией импульсного напуска газа инжекция крупинок позволит получать сгустки с резкой границей в поперечном сечении и расширит используемый элементный состав плазмы.
    Описана конструкция электродинамического инжектора крупинок для установки ГОЛ-3-II, приведены основные характеристики его работы. Приводятся первые экспериментальные результаты по инжекции крупинок с массой 0,3-1 мг в плазму.

    Работа поддержана грантом РФФИ 99-02-16728.

 Литература

1. Arzhannikov A.V., et al., Transactions of Fusion Technology, 1999, 35, No.1T, 112.

ИССЛЕДОВАНИЕ СОЛИТОННЫХ РЕШЕНИЙ УРАВНЕНИЯ КАДОМЦЕВА-ПЕТВИАШВИЛИ.

Н. В. Елкина, С. К. Жданов.

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

    Методами численного моделирования подробно исследованы свойства некоторых солитонных решений уравнения Кадомцева-Петвиашвили (КП) [1]. Для простых ⌠стационарных⌠ решений прослежена их эволюция с изменением параметров. Подробно рассмотрено одно из ⌠нестационарных■ решений [4]. В среде с отрицательной дисперсией оно описывает трансформацию одномерного солитона конечной длины в солитон меньшей амплитуды и крест [4], происходящую под влиянием конечного возмущения, приходящего с концов первоначального солитона Пример подобного рода приведен на рисунке, отношение амплитуд начального и конечного солитонов составляет 0.25.
    В случае с положительной дисперсии то же решение описывает распад солитона КдВ на солитон меньшей амплитуды и Y-цепочку вихрей под влиянием малого возмущения [2], [3]. Определен инкремент неустойчивости. Рассмотрена связь с результатами общей теории устойчивости солитонов КдВ [3]. Показано, что в процессе распада сохраняется полный импульс и энергия волны.

Литература.

1. Зайцев А. А., ДАН, 1983,т. 272, с. 583.
2. Жданов С. К., Трубников Б. А., Письма в ЖЭТФ, 1984, т. 39, с. 110.
3. Захаров В. Е., Письма в ЖЭТФ, 1975, т. 22, с. 364.
4. Жданов С. К., ДАН, 1985, т. 284, с. 115.

ПРОБЛЕМА УДЕРЖАНИЯ ЧАСТИЦ В КОМПАКТНОМ ТОРЕ

С.В. Рыжков

Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э.Баумана

В этой работе исследуются потери частиц, магнитного потока и энергии в плазменном устройстве, известном как обращенная магнитная конфигурация (FRC). FRC - это компактный тор, образованный без тороидального магнитного поля, в котором равновесие обращенного поля поддерживается азимутальным диамагнитным током. FRC характеризуется нулем магнитного поля (R₀), Х-точкой и максимальной плотностью при r = R₀ относительно оси цилиндра, что подразумевает варьирование локального значения бета (= 8p nT/B²) от некоторой величины меньшей 1 на сепаратрисе между замкнутыми и открытыми силовыми линиями до бесконечности в точке нуля поля. Данное устройство имеет типично немного удлиненную (эллипсоид) или вытянутую (типа ⌠стадион■ racetrack) геометрию, которая подразделяется на цилиндрическую область и закругленную концевую секцию.

Наличие специальных точек обуславливает отдельный подход к рассмотрению тех или иных параметров в качестве интегралов движения для FRC. Обсуждается их выбор, инвариантность и применимость к данной системе. Сравнение областей удержания для фоновых частиц и продуктов термоядерного синтеза проведено в координатах (E, P_q ), где E √ полная энергия, P_q- канонический угловой момент. Рассмотрены разные геометрические схемы, аналитические и экспериментальные модели равновесия (сферическая, удлиненная, эллипсоид, конфигурация ⌠стадион■). Условие эргодичности применено для рассмотрения вышеперечисленных вопросов. Обсуждается правильность применения условий эргодичности/стохастичности для анализа движения частиц и их использования при проведении кинетического анализа плазмы FRC.

Приведены скейлинговые зависимости времен удержания энергии и частиц плазмы, выведенные на основе проведенных экспериментов. Полученные выражения включают в себя как физические величины, описывающие плазму, так и геометрические параметры установок. Эти формулы хорошо согласуются с экспериментальными данными и лучше других скейлингов и теорий описывают удержание плазмы для настоящего статуса экспериментов (T ~ 1 кэВ).

ПОЛУЧЕНИЕ ПЛОТНОЙ, ГОРЯЧЕЙ ПЛАЗМЫ В ЦЕНТРАЛЬНОМ СОЛЕНОИДЕ АМБАЛ-М

Т.Д. Ахметов, В.С. Белкин, В.И. Давыденко, Г.И. Димов, А.С. Кривенко, В.Б. Рева, В.Г. Соколов

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

    Ведется подготовка эксперимента по получению и исследованию плотной, горячей плазмы в центральном соленоиде полностью аксиально-симметричной амбиполярной ловушки АМБАЛ-М. Для проведения эксперимента готовая часть центрального соленоида будет пристыкована к концевой системе. Создание горячей плазмы будет производиться газоразрядным источником плазмы, расположенным в запробочной области соленоида. Дополнительное повышение параметров плазмы будет осуществляться за счет ввода ВЧ-мощности и подачи водорода. В результате проведения эксперимента в центральном соленоиде будет получена МГД-устойчивая плазма длиной 6 м, диаметром ~ 30 см, плотностью 10¹³ см^-3 , температурой ионов в сотни электронвольт, температурой электронов свыше 100 эВ и определены величины поперечных потерь частиц и энергии полученной горячей бесстолкновительной плазмы, обеспечено существенное подавление продольных потерь плазмы из соленоида за счет создания амбиполярного потенциала в плазме пробкотрона.

ПРОВЕРКА ТРАНСПОРТНОЙ МОДЕЛИ Т-11 В РЕЖИМАХ С НИЗКОЙ МОЩНОСТЬЮ НИ И ЭЦР НАГРЕВА НА УСТАНОВКАХ TFTR И RTP

В.Г. Мережкин

РНЦ ⌠Курчатовский Институт■, Москва 123182, РФ

    В 1988 г. на установке TFTR [1] исследовалась эффективность нагрева нейтральной инжекции в переходном режиме с низким уровнем дополнительного нагрева ~ 2 Мвт при токе в плазме 1 МА, q_y╩ 5 и двух значениях средней плотности = 1.7 и 2.5 10¹³ см^-3. При невысокой мощности НИ в установке TFTR центральная ионная температура в режиме с низкой плотностью увеличилась до 8 кэВ. Однако, интегральное время удержания энергии в плазме в режиме с нейтральной инжекцией снижалось почти вдвое по сравнению с режимом омического нагрева. Измеренные значения t_E в режиме с инжекцией пучков согласовывались с оценками из 2 t_E-скейлингов √ скейлинга для L-моды в режиме с инжекцией и скейлинга для режима ОН.
    Численные расчеты с ⌠омическими■ коэффициентами переноса Т-11 показали, что снижениеt_E в исследованном режиме с инжекцией пучков на TFTR не связано с существенным повышением коэффициентов теплопроводности c_eиc_iи воспроизвели с хорошей точностью распределения T_e╝ и T_i╝, как и значенияt_E, измеренные в этих режимах на установке TFTR. (Рис. 1). В отличие от режимов с невысокой мощностью инжекции, расчеты по транспортной модели Т-11 предсказывают слабые изменения в величине t_Eв режимах с центральным ЭЦ нагревом при мощности нагрева ~2 P_OH. Снижение t_Eпри слабом повышении коэффициентовc_e ~ Ц T_e, компенсируется более пикированным профилем нагрева электронов чем в омическом режиме. Сохранение отношения t_E/при переходе к режиму с невысокой мощностью ЭЦН при низкой плотности плазмы были обнаружены в ранних экспериментах с дополнительным нагревом на установках Т-7 и Т-10. В работе приводятся численные расчеты с транспортными коэффициентами Т-11 для режимов с невысоким уровнем мощности ЭЦН на Т-10 при различ-ных уровнях средней плотности плазмы, а также для режимов с дополнительным нагревом на 2й гармонике ЭЦР на установке RTP.

Литература

1. Goldston R. et al., Proc. 15^th EPS, Dubrovnik Vol. I (1988) 99.

ДИАГНОСТИКА КОРРЕЛЯЦИОННОГО УСИЛЕННОГО РАССЕЯНИЯ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ КОРОТКОВОЛНОВОЙ ПЛАЗМЕННОЙ ТУРБУЛЕНТНОСТИ.

Е.З. Гусаков, Н.М. Каганская, ^*M. Крэмер, В.Л. Селенин

Физико-Технический Институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия
^*Рурский Университет г. Бохум, Германия

    Корреляционная модификация диагностики усиленного рассеяния (УР) основана на зависимости фазы сигнала рассеянного в Верхнем Гибридном Резонансе (ВГР) от фазы колебаний, на которых произошло рассеяние [1].
    В настоящей работе сделано подробное теоретическое обоснование правомерности кросс-корреляционных измерений с использованием сигнала УР и возможности извлечения из таких экспериментов информации о спектре коротковолновой турбулентности по частотам и волновым числам, дано описание экспериментов по проверке и применению этой методики для исследования плазменной турбулентности на двух плазменных установках : LINDE в ФТИ им. А.Ф. Иоффе, Санкт-Петербург [2] и BOXES в Рурском университете, Бохум, Германия [3]. В этих экспериментах для зондирования плазмы одновременно использовалось СВЧ излучение на двух частотах, одна из которых, опорная, постоянна, а вторая, сигнальная, перестраивалась, обеспечивая пространственное сканирование положением ВГР. В докладе представлены различные схемные реализации таких измерений, продемонстрирована возможность восстановления спектра низкочастотной плазменной турбулентности по частотам и волновым векторам для различных типов спектра, наблюдавшихся на двух установках.
    Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ 99-02-17975, 96-15-96367, а также контракта 146 113/146 в рамках Российско-Германского сотрудничества.

Литература.

1. Архипенко В.И. и др. Письма ЖТФ 1993, т.19, вып.11, с.20-26.
2. Будников В.Н и др. Физика Плазмы 1993, 1 с.92-96.
3. Brsehaber B. and Krmer M. Plasma Phys. Control. Fusion 1997, 39, 389.

ИОННЫЕ ТРАЕКТОРИИ С ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ И ФОКУСИРОВКА В КВАЗИСФЕРИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ЛОВУШКЕ

Будаев В.П

Институт ядерного синтеза, РНЦ Курчатовский институт, 123182, пл. Курчатова,1, Москва, Россия

    К настоящему времени наивысшие параметры высокотемпературной плазмы достигнуты в токамаках . Особый интерес представляют эксперименты на сферических токамаках, где достигнуто улучшение некоторых параметров. В развитие идей сферических токамаков и сферических стеллараторов были предложены магнитные ловушки с имплантацией тороидального магнитного поля в сферическую плазму без центрального сердечника, пронизывающего плазму в традиционных тороидальных ловушках. При этом конфигурация магнитного поля не исключает наличие магнитных щелей. Эти последние предложения в некоторой мере возвращаются к концепции многощелевых электромагнитных ловушек с b ~1.
    Криволинейность магнитных барьеров в электромагнитных ловушках может обеспечить улучшение параметров фокусировки из-за синергетических эффектов. Это связано со свойствами траекторий ионов, которые скачут по поверхности отрицательной кривизны. При отражении ионов от поверхностей и движении под действием силы Лоренца происходит перемешивание ионных траекторий. Движение ионов в подобной геометрии относится к известному в нелинейной динамике примеру - биллиарду типа ⌠звезда■, и принадлежит к так называемым K-системам. Такие задачи возникают, например, при анализе волнового поля в резонаторах и волноводах. Перемешивание траекторий приводит к сгущению ионных траекторий и образованию особенностей в центральной области сферического объема удержания. Таким образом, возникают области с повышенной плотностью, что будет способствовать улучшению параметров ионного фокуса.
    В работе предложена квазисферическая электромагнитная ловушка для реализации ионного фокуса. Магнитное поле на периферии ловушки создается системой встречно включенных катушек, расположенных на ребрах многогранника, вписанного в икосаэдр. Форма многогранника наиболее приближена к сфере. Схема организации разряда предлагается по принятому сценарию для электромагнитных ловушек. Система имеет улучшенные параметры и гидродинамическую устойчивость, связанные с геометрией ловушки. Выполнен численный расчет движения ионов в электромагнитной ловушке с мультипольной геометрией магнитного поля. В центре объема удержания возникают дополнительные области фокусировки ионов, вызванные синергетическими эффектами в системе с перемешиванием траекторий. Оценены критерии стохастичности и перемешивания ионных траекторий. Высокая степень мультипольности магнитного поля (m=5) обеспечивает перемешивание траекторий во всем диапазоне магнитных полей.

ОСОБЕННОСТИ ЭНЕРГОБАЛАНСА В ОМИЧЕСКОЙ Н- МОДЕ С ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТЬЮ 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 токамаке ТУМАН-3М в разрядах с Омической Н-модой при высокой плотности был обнаружен внутренний транспортный барьер (ВТБ) [1]. Формирование ВТБ наблюдалось при следующих значениях основных параметров плазмы: R₀=0.53 м, a_l=0.23 м, B_t=0.7 T, I_p=140-160 кA, T_e(0)=500 эВ, T_i(0)=180 эВ, =(1.5ё 5)Ч10¹⁹ м^-3. Вследствие формирования ВТБ на профилях электронной температуры и плотности наблюдались области с повышенными значениями градиентов внутри плазменного шнура. Подавление переноса в описываемом режиме приводило к значительному росту средней концентрации от 1.5Ч10¹⁹ м^-3 до (4-5)Ч10¹⁹ м^-3. Рост концентрации сопровождался некоторым уменьшением электронной температуры в центральной области плазмы и снижением времени удержания энергии. При высоких значениях концентрации снижается время обмена энергией между электронной и ионной компонентами. В результате передача тепла ионам может стать существенной частью потерь тепла из электронной компоненты плазмы.
    Для моделирования электронного энергобаланса в Омической Н-моде при высокой плотности и выяснения причин снижения электронной температуры в центральной области плазмы был использован транспортный код АСТРА [2]. Результаты моделирования приведены в настоящей работе.

Литература.

1. Lebedev S.V., Andreiko M.V., Askinazi L.G., et al, 1998 ICPP & 25th EPS Conf. on Control. Fusion and Plas. Phys., ECA, Vol.22C, 1998, pp. 313-316.
2. А.Ю. Днестровский, Л.Е. Захаров, Г.В. Переверзев и др., препринт ИАЭ N 5358/6, (1991)

FEATURES OF THE ENERGY BALANCE IN HIGH DENSITY OHMIC H-MODE IN TUMAN-3M TOKAMAK.

L.G. Askinazi, M.I. Vild'zhunas, V.E. Golant, V.A. Kornev, S.V. Lebedev, L.S. Levin, A.I. Smirnov, A.S. Tukachinsky, N.A. Zhubr.

Ioffe Physico-Technical. Institute, Russian Academy of Sciences, St. Petersburg, 194021, RUSSIA

    An Internal Transport Barrier (ITB) was found in high density ohmically heated H-mode plasma in the TUMAN-3M [1]. Typical plasma parameters in the shots with ITB were as follows: R₀=0.53 m, a_l=0.23 m, B_t=0.7 T, I_p=140-160 kA, T_e(0)=500 eV, T_i(0)=180 eV, =(1.5ё 5)Ч10¹⁹ m^-3. The ITB revealed itself as a formation of a steep gradient on electron temperature and density radial profiles measured by Thomson scattering and by interferometry. As a result of the transport suppression the plasma density increased dramatically from 1.5Ч10¹⁹ to (4-5)Ч10¹⁹ m^-3. The increase in the density was accompanied by some decrease in the central electron temperature and by the energy confinement time degradation. At high density the electron-ion equipartition time decreases substantially. As a result the power transfer from electrons to ions may become an essential part of the electron heat losses.
    Transport analysis using ASTRA code [2] was performed in order to study the evolution of the electron heat balance through the ITB formation and to clarify the reason for T_e(0) reduction in the conditions of increasing density. The results of the transport modelling are presented in this paper.

References

1. Lebedev S.V., Andreiko M.V., Askinazi L.G., et al, 1998 ICPP & 25th EPS Conf. on Control. Fusion and Plas. Phys., ECA, Vol.22C, 1998, pp. 313-316.
2. A.Yu. Dnestrovsky, L.E. Zakharov, G.V. Pereverzev, et al, preprint IAE N 5358/6 (in russian), (1991).

МОДЕЛИРОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ ВНУТРЕННЕГО ТРАНСПОРТНОГО БАРЬЕРА НА ТОКАМАКЕ ФТ-2

С.П. Воскобойников^*, С.И. Лашкул, А.Ю. Попов, В.А. Рожанский^*

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

    Эксперименты на многих токамаках показали, что формирование транспортных барьеров в плазме связано с подавлением аномального переноса широм полоидального вращения плазмы. Зависимость коэффициентов переноса от шира полоидального вращения плазмы учитывалась при моделировании процессов переноса в плазме с помощью самосогласованного транспортного кода BATRAC [1].
    Возможности кода были расширены учетом дополнительной продольной электронной вязкости, возникающей из-за наличия продольного электрического поля. Это позволило расширить возможности кода и смоделировать переход в режим улучшенного удержания в центре плазменного шнура, наблюдаемого в экспериментах по НГ нагреву на токамаке ФТ-2.

    Полученные результаты находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными [2].

Литература

1. Rozhansky V. 1998, Czech.J.Phys. 48, (12), p.72
2. Lashkul S.I et al. 1999, 26^th EPS Conf. on Cont. Fus. and Pl.Phys.,Maastricht,p.1729

РАСПАД ПЛАЗМЫ В ЛОВУШКЕ ⌠ОКТУПОЛЬ■

А.М. Бишаев, А.И. Бугрова, ^*Е.П. Горбунов, А.С. Липатов, ^*А.И. Морозов, ^**В.А. Невровский,

Московский институт радиотехники, электроники и автоматики, Москва, Россия
^*Российский научный центр ⌠Курчатовский институт■, Москва, Россия
^**Московский авиационный технологический институт им. К.Э. Циолковского, Москва, Россия.

    Одним из основных параметров, определяющих эффективность удержания плазмы в магнитной ловушке, является время ухода из нее t_р. Как известно [1], в электроразрядной ловушке ⌠Октуполь■ плазма создается прямым разрядом, причем разрядное напряжение оказывается приложенным поперек магнитного барьера ловушки, что существенно влияет на уход электронов, а следовательно, и ионов из нее [2]. В данной работе эта величина определялась как время распада плазмы после быстрого снятия (~1 мкс) с ловушки разрядного напряжения. Регистрировался спад ионного тока на зонд, который был установлен на оси ловушки. Изменение средней по малому радиусу тора ловушки концентрации отслеживалось с помощью 8 - мм радиоинтерферометра. Оба сигнала записывались одновременно. Оказалось, что эти сигналы уменьшались подобным образом.
    Полученные результаты свидетельствуют, что времяt_р, определенное как время спада сигнала концентрации в ~ 3 раза, зависит от рода газа и слабо зависит от других параметров разряда (барьерного магнитного поля, расхода газа и др.).
    Для аргона величина t_р лежит в пределах 300 - 600 мкс, а для водорода 120 - 200 мкс. Сравнение сигналов изменения ионного тока на зонд с сигналом с радиоинтерферометра показывает, что температура плазмы в процессе распада в пределах точности измерений остается постоянной за указанное время, если величину ионного тока определить по формуле Бома.
    Оценки показывают; что после отключения разряда проводимость плазмы близка к классической, а время распада плазмы определяется, по-видимому, уходом частиц плазмы на державки миксин.

Литература

1. А.И. Морозов и др. ⌠Электроразрядная ловушка ⌠Октуполь■■. Письма в ЖТФ, 1999г., т.25, ╧ 17, стр. 57-61.

ЗАВИСИМОСТЬ ПАРАМЕТРОВ ПЛАЗМЫ В ЛОВУШКЕ ⌠ОКТУПОЛЬ■ ОТ УСЛОВИЙ РАЗРЯДА.

А.М. Бишаев, А.И. Бугрова, Е.П. ^*Горбунов, М.В. Козинцева, ^*А.И. Морозов, ^**В.А. Невровский, ^*Ю.В. Скосырев, ^*В.Н. Хилиль.

Московский институт радиотехники, электроники и автоматики, Москва, Россия
^*Российский научный центр ⌠Курчатовский институт■, Москва, Россия
^**Московский авиационный технологический институт им. К.Э. Циолковского, Москва, Россия.

    На ловушке ⌠Октуполь■ в течение 1999 г. была отлажена методика измерения плотности электронов плазмы с помощью 8-ми миллиметрового радиоинтерферометра. Методика позволяет измерять усредненную по малому диаметру плотность до величины ~ 2·10¹³ см^-3 с мощностью 10 ╠204. Использование этой методики позволило перейти на квазистационарный режим работы ловушки. В этом режиме барьерное магнитное поле варьировалось в пределах 160 - 560 Э, напряжение на разряде от 10 до 30 А. Время разряда составляло величины 1 - 2 мс. За это время величина магнитного поля изменялась незначительно.
    Исследования показали, что концентрация плазмы увеличивается с увеличением магнитного поля, расхода газа (давления в камере) и тока разряда.
    Максимальные значения плотности электронов были достигнуты при величине барьерного магнитного поля 480 - 560 Э (при этом поле на границе плазмы было 190 - 220 Э), расходе газа 6 см³/с (давление в камере ~ 2·10^-4 мм рт. ст.) и токе разряда n_e = 8·10¹¹см^-3, для аргона n_e = 6·10¹²см^-3.
    Изложенные результаты свидетельствуют о возможности достижения в ловушке плотности ~ 10¹³ см^-3.

    Работа выполнена в рамках договора с Минатом РФ.

КОВАРИАНТНОЕ ГИРОКИНЕТИЧЕСКОЕ УРАВНЕНИЕ ДЛЯ ОПИСАНИЯ РЕЛЯТИВИСТСКОЙ ПЛАЗМЫ

А.Д. Беклемишев, М. Тессаротто^*

Институт Ядерной Физики, г. Новосибирск, Россия
^*Триестский университет, г. Триест, Италия

    Гирокинетическое уравнение получается из уравнения Власова при таком преобразовании фазового пространства, которое исключает зависимость от одной из новых переменных (аналогичной углу вращения по ларморовской окружности). Такое описание плазмы аналогично дрейфовому приближению, но имеет более широкую область применимости.
    В настоящее время известно несколько способов отыскания гирокинетического преобразования, в том числе и для релятивистской плазмы [1]. Все они основаны на разложении по малому параметру, в частности, малым считается отношение скорости дрейфа к скорости частицы, так что дрейфовая скорость автоматически оказывается нерелятивистской, а уравнения √ нековариантными относительно выбора системы отсчёта.
    Мы провели последовательно ковариантный (в смысле ОТО) вывод гирокинетического уравнения [2], который оказался математически проще стандартного. Благодаря внутренней симметрии, присущей четырёхмерному представлению электромагнитного поля, найденное гирокинетическое преобразование имеет 6 свободных параметров характеризующих систему отсчёта (на 4 больше чем при стандартном выводе). Кроме того, оно естественным образом допускает введение в задачу гравитационного поля, что важно для астрофизических приложений. В качестве приложения теории рассмотрены некоторые аспекты динамики частиц и замагниченной плазмы в аккреционных дисках.

Литература

1. R. G. Littlejohn, Phys. Fluids 28, 2015 (1985); A. H. Boozer, Physics of Plasmas 3, 3297 (1996); M. Pozzo, M. Tessarotto, Phys of Plasmas 5, 2232 (1998); W. A. Cooper, Plasma Phys. Control. Fusion 39, 931 (1997).
2. A. Beklemishev and M. Tessarotto, Physics of Plasmas 6, December (1999).

ИЗМЕРЕНИЕ ПРОФИЛЯ ПЛОТНОСТИ В РЕЖИМЕ ОН

Малых Н.И., Федянин О.И., Хольнов Ю.В.

ИОФ РАН, Москва, Россия.

    Метод измерения основан на прохождении свч-волны через плазму и отражении волны от металлических зеркал, расположенных внутри вакуумной камеры. Зеркала , закрепленные на специальной конструкции , располагаются по внутренней стороне камеры , а излучатель ( прямоугольная рупорно-линзовая антенна) находится вне камеры , со стороны большого патрубка . Конструкция металлических зеркал жестко укреплена на внутреннем и нижним вертикальном патрубках вакуумной камеры . СВЧ тракт состоит из генератора 2-х мм диапазона , аттенюатора , гибкого волновода и системы перемещения по углу в полоидальном направлении.
    Расчеты сдвигов фаз при прохождении волны через плазму проводились для 3-х распределений - 1-x², 1-x⁴,1-x⁶ без учета рефракции , по хордам , пересекающим магнитные поверхности по различным углам , в предположении, что изобары совпадают с магнитными поверхностями .
    На рисунке 1 приведены данные по измерению сдвигов фаз по различным хордам для нескольких серий экспериментов ( экспериментальные точки) в случае зануления плотности на сепаратрисе ( нижняя кривая ) и в случае добавления 1 -го слоя ( верхняя кривая) шириной 1 см с плотностью не равной нулю. Следует сказать, что необходима высокая точность измерения фазы ( лучше 10%) для того , чтобы различить выше приведенные распределения . Как следует из рисунка 1 , во-первых , распределение плотности при омическом нагреве можно аппроксимировать параболой 6 степени , и , во-вторых, приходится предполагать, что плотность плазмы не ограничивается магнитной ( расчетной ) сепаратрисой.

НЕЛИНЕЙНЫЕ КОРРЕЛЯЦИИ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ФЛУКТУАЦИЙ В ПРИСТЕНОЧНОЙ ПЛАЗМЕ ТОКАМАКА Т-10

Будаев В.П., Вершков В.А., Грашин С.А. , Солдатов С.В., Шелухин Д.А.

Институт ядерного синтеза, РНЦ Курчатовский институт, 123182, пл. Курчатова,1, Москва, Россия

    Мелкомасштабная турбулентность плазмы рассматривается как наиболее ответственной за аномальный транспорт в токамаках. При описании турбулентности плазмы широко используется метод, основанный на корреляционной функции. Однако обычный метод корреляционной функции имеет определенные трудности, связанные с тем, что линейная независимость двух флуктуирующих переменных (или подсистем) не означает, что эти переменные независимы (за исключением случая, когда плотность вероятности распределения флуктуаций - Гауссова). Турбулентность плазмы имеет негауссову статистику. Стандартный метод корреляции требует также статистического усреднения по большому периоду времени, что на практике выполнить сложно из-за изменений характеристик разряда в течение малого времени.
    Для описания характеристик разряда в токамаке предложены парадигмы глобальной моды [2] и самоорганизующейся вблизи критичности моды [1], которые находят некоторое подтверждения в экспериментах. В таких моделях предсказывается крупномасштабные радиальные корреляции, которые не наблюдались при использовании стандартных методов линейной корреляции. В работе использован метод определения нелинейной корреляции, описанный в [3]. Алгоритм основан на восстановлении векторного фазового пространства из временных рядов одной переменной. Рассматриваются две переменных x(t) и y(t) сложной системы (например, флуктуации ионного тока насыщения), и восстанавливается фазовое пространство конечной размерности (М) из данных x(iD t) , y(iD t), i=1,2,...,N, где N- число точек ряда. Условная нелинейная корреляция P(y_i╫x_i) - вероятность найти y_i^M для фиксированного x_i^M .
    На токамаке Т-10 измерялись спектры волновых полоидальных чисел и корреляции (линейные и нелинейные) турбулентности плазмы на периферии разряда. Исследовались флуктуации ионного тока насыщения и плавающих потенциалов Ленгмюровских зондов, измеренные при r=25 см, 27 см, 30 см в омических разрядах. Спектр волновых полоидальных чисел изменяется с малым радиусом. Обнаружено превышение радиальных нелинейные корреляции над линейными на базе 7 см, что может свидетельствовать о высокой степени нелинейной связи в радиальном направлении.

Литература

1. P.H. Diamond et al., Phys. Plasma 2, 3640 (1995).
2. B.B. Kadomtsev et al., Plasm. Phys. Contr. Fus. 34, 1931 (1992) .
3. W.X. Ding e.a. Phys. Rev. Lett.. v.79, 13, 2458 (1997).

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЦИ ПЛАЗМЫ НА СТЕЛЛАРАТОРЕ Л2-М С ПОМОЩЬЮ МНОГОКАНАЛЬНОГО СУПЕРГЕТЕРОДИННОГО ПРИЕМНИКА.

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

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

    С помощью ЭЦИ можно определять распределение T_e(r) в горячей плазме и сделать заключение о наличии максвелловского и немаксвелловского распределения электронов по скоростям в плазме. В случае максвелловского излучения удобно исследовать спектр ЭЦИ с помощью многоканальных приемников с двойным гетеродинированием принимаемого сигнала, что позволяет проводить локальные измерения в плазме. При этом весь спектр излучения равен 2w_He(0)-2w_He(a)╣ B(0)-B(a), а ширина принимаемого спектра в каждом канале приемника определяется узкой шириной пропускания усилителей после второго гетеродинирования. Для определения T_e(r) в экспериментах с токовой плазмой на стеллараторе Л2-М нами использовались два метода:
1 √ в условиях спадающего или возрастающего магнитного поля изучалось поведение амплитуды сигнала на фиксированной частоте, что соответствовало перемещению изучаемой области внутрь или наружу от центра магнитных поверхностей;
2 √ при фиксированной величине магнитного поля и фиксированных частотах в каналах приемников изучалось поведение амплитуды в зависимости от частоты. Излучение принималось в трех сечениях плазмы: со стороны сильного и слабого поля (HFS,LFS) в базовом сечении a = 45° и в сечении a = 90° (HFS).
    Пользуясь эпюрой /B/(r)=const можно легко восстановить T_e(r). При параметрах плазмы < n_e>Ё 10¹³см^-3, T_e(0)╩400 эВ, I_p< 18 кА, U_обх╩4 В это распределение было близко к параболе типа (1-x²)². При уменьшении плотности плазмы ниже 10¹³ cм^-3 происходило резкое искажение спектра излучения в области низких и высоких частот, при этом отношение E/E_кр╩0.1, где E_кр √ поле Драйсера, а E=U_обх /2pR. Как известно, в таких условиях образуется хвост надтепловых электронов, что и приводит к искажению спектра и возникновению дополнительного излучения на первой и третьей гармониках [1],[2].
    В работе приводится схема построения 10 канального приемника и графики T_e(r) для случаев максвелловского и немаксвелловского распределения электронов по скоростям.

Литература

1. Akulina D.K. et all, Fizika Plazmy,v.14 (1988), p.649
2. Akulina D.K. Proc. of Int. School of Plasma Phys., Course and Workshop■Diagnostic for Contemporary Fusion Experiment■, p.199-221,Varenna,1991

ИНТЕГРИРОВАННАЯ МОДЕЛЬ П ЕРЕНОСА ПЛАЗМЫ В ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ ЛОВУШКЕ

А.В. Аникеев, А.Н. Карпушов, К. Ноак^*, С.Л. Строгалова^**

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

    Одним из способов нагрева плазмы в системах магнитного удержания является инжекция высокоэнергетичных (10-100 кэВ) нейтральных атомов. Именно такой метод нагрева используется в Газодинамической ловушке √ одном из типов открытых магнитных систем для удержания высокотемпературной плазмы. Основной целью исследований на установке ГДЛ является создание экспериментальной базы данных для создания на ее основе высокопоточного источника нейтронов. Для анализа нагрева мишенной плазмы и формирования популяции быстрых ионов был разработан ряд аналитических и численных моделей.
    Численная модель базируется на совместном использовании ряда численных кодов: упрощенной модели описания мишенной плазмы и быстрых ионов (код FITC), модели, основанной на применении метода Монте-Карло (FIT, Fast Ion Transport code), а также кодов TUBE и NEUSI для моделирования поведения нейтральной компоненты. Модель поведения мишенной плазмы при нагреве с учетом радиальных профилей плотности и температуры базируется на предположении о постоянстве параметров плазмы вдоль силовых линий магнитного поля. Модель для быстрых ионов позволяет вычислять распределение мощности нагрева электронов. При вычислении продольных потерь учитывается, что в основной плазме электронная теплопроводность подавлена, а в периферийной плазме имеют место дополнительные потери связанные с контактом плазмы с лимитерами.
    Одной из задач экспериментальных работ на ГДЛ является демонстрация возможности удержания в открытой магнитной системе плазмы с термоядерными параметрами. В связи с этим важным шагом явилась бы демонстрация возможности получения в ловушке плазмы с плотностью 10¹³-10¹⁴ см^-3 и электронной температурой 200-300 эВ. Возможными направлениями модернизации установки с целью получения более высоких параметров являются: увеличение магнитного поля и увеличение пробочного отношения, увеличение мощности и длительности атомарной инжекции, использование фокусирующих ионно-оптических систем для уменьшения размера атомарных пучков. Исходя из перечисленных выше возможностей, моделировались различные ⌠сценарии■ работы установки. Результаты моделирования показали, что при увеличении мощности и длительности атомарной инжекции, увеличении магнитного поля с 2 до 3.5 кГс, возможно получение электронной температуры 250-300 эВ.

Литература

1. A.V.Anikeev, et al, 26th EPS CCFPP, Maastricht, The Netherlands, Contributions ECA. v.23J, p.1497-1500 (1999)
2. K.Noack, et al, Transactions of Fusion Technology (ANS). Vol.35, ╧1T, FUSTE8(1) (1999) p.218-222

INTEGRATED TRANSPORT CODE SYSTEM FOR GAS-DYNAMIC TRAP.

A.V. Anikeev, A.N. Karpushov, K. Noack^*, S.L. Strogalova^**

Budker Institute of Nuclear Physics, Novosibirsk, Russia
^*Forschungszentrum Rossendorf, Dresden, Germany
^**Novosibirsk State University, Novosibirsk, Russia

    The Gas-Dynamic Trap (GDT) is the open confinement system, which is proposed as a high power neutron source for material irradiation testing. The high-energy neutral beam injection is applied for plasma heating and creation the fast ion population in the GDT. A set of analytical and numerical models was developed to analyze the plasma heating and fast ion confinement and transport.
    In order to simulate the plasma behavior in the GDT the Integrated Transport Code System (ITCS) is developed. The code system considers the full dependence of the transport phenomena on space, time, energy and angle variables as well as the interactions between the three particle fields. The separate parts of the ITCS (the separate codes for fast ions, target plasma and neutral gas) are designed and applied for analysis of plasma behavior in the GDT experiment.
    The possibility to gain plasma with electron temperature of some 100 eV at the increasing the power and duration of neutral beams, increasing the magnetic field and mirror ratio was numerically studied. It was shown that under those improvements the electron temperature of 250-300 eV would be achieved.

References

1. A.V.Anikeev, et al, 26th EPS CCFPP, Maastricht, The Netherlands, Contributions ECA. v.23J, p.1497-1500 (1999)
2. K.Noack, et al, Transactions of Fusion Technology (ANS). Vol.35, ╧1T, FUSTE8(1) (1999) p.218-222

СУПЕРДРЕЙФ ЗАРЯЖЕННОЙ ЧАСТИЦЫ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ И ПРЕДЕЛЫ ЕГО ПРИМЕНИМОСТИ

Б.А. Трубников

РНЦ "Курчатовский институт", Москва, Россия

Как известно, при малом ларморовском радиусе движение заряженной частицы в магнитном поле хорошо описывается так называемым дрейфовым приближением. В данной работе показано, что в общем случае можно использовать более точное "супер-дрейфовое приближение". Рассмотрены его примеры и пределы применимости с переходом в стохастический режим движениячастицы в магнитной ловушке.