Введение к работе
І.. Актуальность темы.
В настоящее время наиболее перспективной системой с точки зрения создания экономического термоядерного реактора считается система типа токамак.
Несмотря на несомненные успехи исследований на таких установках в настоящее время отсутствует ясное понимание природы физических процессов, ответственных за перенос энергии и частиц в плазме токамака.Это определяет постоянный интерес к исследованиям транспортных процессов и связанных с ними неустойчивостей плазмы в таких установках.
Неустойчивости плазмы обычно разделяются на два основных типа ; макронеустойчивости или неустойчивости магнитогидродинамического типа (МГД) и микронеустойчивости или кинетические неустойчивости. Так как коэффициенты переносов в плазме обычно заметно превышают "классические" коэффициенты , то очевидно, что такие "аномальные" переносы определяются плазменными неустойчивостями. Поэтому исследования плазменных неустойчивостей имеет большое практическое значение для понимания процессов, происходящих в плазме токамаков.
Токамак ALVAND ПС [1-3] - это первый токамак, построенный в Исламской Республике Иран для исследования МГД неустойчивостей в плазме.
Цель работы.
-
Расчет основных параметров установки.
-
Создание комплекса токамака ALVAND ПС.
-
Оснащение токамака необходимым диагностическим комплексом и системой сбора и обработки информации.
-
Проведение экспериментальных исследований МГД неустойчивостей плазмы. 5.Анализ полученных результатов.
Новизна работы.
Основные результаты, полученные в настоящей работе, можно сформулировать следующим образом :
1. Проведены работы по расчету, проектированию, сооружению и запуску первого в Исламской Республики Иран токамака ALVAND НС со следующими параметрами :
большой радиус установки - 45.5 см
малый радиус установки - 12.6 см
ток плазмы - 30 КА
магнитное поле - 0.8 Тл
2. Создан диагностический комплекс, предназначенный для проведения
экспериментальных работ по исследованию МГД неустойчивостей плазмы.
3. Разработана и изготовлена система автоматического сбора и обработки
экспериментальной информации.
4. Разработана методлика корреляционного анализа МГД колебаний плазмы.
5. Проведено детальное исследование зависимости параметров МГД
неустойчивостей в токамаке от параметров самой плазмы. Были определены
спектры, корреляционные длины, фазовые скорости колебаний как в
азимутальном, так и в радиальном направлениях.
6. На основе полученных результатов сделан вывод о том, что в плазме токамака
ALVAND НС развивается модифицированная диамагнитным дрейфом тиринг
неустойчивость.
Основные результаты, выносимые на защиту. А. Характеристики колебаний, распространяющихся в азимутальном направлении.
В течение первых двух миллисекунд после начала разряда, когда плотность плазмы наростаєш и стремится к своему предельному значению наблюдается следующее поведение колебаний:
В плазме развиваются пилообразные колебания с довольно узким спектром вблизи частоты 10 кГц.
Азимутальная фазовая скорость флуктуации направлена в сторону электронного диамагнитного дрейфа. При этом ее величина примерно равна 0.2 от величины фазовой скорости во временном интервале 2-3 мсек.
- Амплитуда колебаний примерно в пять раз больше амплитуд колебаний на
более высоких частотах, наблюдаемых в более позднее время.
После первых 2 миллисекунд разряда флуктуации имеют следующие характеристики:
Наблюдаются колебания с частотами от 1 до 200 кГц.
Азимутальная длина волн находится в диапазоне от 6 до 70 см.
Фазовая скорость направлена в сторону ионного диамагнитного дрейфа.
В спектре колебаний наблюдаются пики, которые связаны с характерными азимутальными модами.
- Корреляционная длина приблизительно равна 4 см и ее величина слабо
уменьшается при увеличении тороидального поля.
Средний номер азимутальной моды <т>уменьшается при :
уменьшении радиуса г , на котором производятся измерения,
при уменьшении величины тороидального магнитного поля (<т> ~В,),
при увеличении плазменного тока (<т> ~ ///р),
при увеличении начального давления газа,
при сдвиге к началу разряда момента измерений. Фазовая скорость уменьшается при :
при сдвиге от начала разряда момента измерений,
- при уменьшении величин плазменного тока ниже 16 кА. При больших
токах фазовая скорость практически не изменяется.
- при увеличении напряженности тороидального магнитного поля
/ t
- при увеличении радиального положения точки г, в которой проводились
измерения.
Б. Характеристики колебаний, распространяющихся в радиальном направлении:
В течение первых 2 мсек как радиальная фазовая скорость, так и нормированная радиальная корреляционная функия очень малы по сравнению с их величиной в более поздних стадиях разряда.
После первых 2 мсек разряда флуктуации имеют следующие
характеристики:
- радиальная фазовая скорость направлена наружу,
- корреляционная длина примерно равна 3 см и слегка уменьшается при увеличении напряженности магнитного поля,
- величина радиальной фазовой скорости не зависит от радиуса во внешней
области плазмы.
радиальная фазовая скорость увеличивается при :
уменьшении тороидального магнитного поля,
при увеличении плазменного тока,
при приближении момента времени, в котором производились измерения, к началу разряда.
В. Особенности флуктуации плотности плазмы: В период после 2 мсек после начала разряда :
- дп I п » 0.35 для г 9.2 см
- Уровень флуктуаий увеличивается приблизительно на 50% на
радиусах,меньших, чем г = 9.2 см.
- Величина флуктуации не зависит от изменения тока и плотности плазмы,
величины тороидального магнитного поля,
В течение периода пилообразнх колебаний в первые 2 мсек после начала разряда уровень флуктуации примерно на 3()% больше, чем в остальное время.
Г. Особенности флуктуации полоидального магнитного поля
Измерения при помощи магнитных зондов показвают, что спектр флуктуации полоидального магнитного поля подобен спектру, измеренному электростатическим зондом.
Д. Сравнение полученных результатов с теорией.
Сравнение некоторых экспериментальных результатов с предсказаниями теорий тиринг неустойчивости [4] и неустойчивости дрейфовых волн [5] приведены в Таблице.
На основе сравнения экспериментальных данных с предсказаниями теорий делается вывод о том, что в плазме токамака ALVAND ПС развивается модифицированная диамагнитным дрейфом тиринг неустойчивость.
Публикации.
Результаты исследований, вооїедиих в диссертацию, опубликованы в работах, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации.
