Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Корреляция между макропараметрами плазмы и характеристиками флуктуаций плотности плазмы в стеллараторе TJ-II Петров Александр Евгеньевич

Корреляция между макропараметрами плазмы и характеристиками флуктуаций плотности плазмы в стеллараторе TJ-II
<
Корреляция между макропараметрами плазмы и характеристиками флуктуаций плотности плазмы в стеллараторе TJ-II Корреляция между макропараметрами плазмы и характеристиками флуктуаций плотности плазмы в стеллараторе TJ-II Корреляция между макропараметрами плазмы и характеристиками флуктуаций плотности плазмы в стеллараторе TJ-II Корреляция между макропараметрами плазмы и характеристиками флуктуаций плотности плазмы в стеллараторе TJ-II Корреляция между макропараметрами плазмы и характеристиками флуктуаций плотности плазмы в стеллараторе TJ-II Корреляция между макропараметрами плазмы и характеристиками флуктуаций плотности плазмы в стеллараторе TJ-II Корреляция между макропараметрами плазмы и характеристиками флуктуаций плотности плазмы в стеллараторе TJ-II Корреляция между макропараметрами плазмы и характеристиками флуктуаций плотности плазмы в стеллараторе TJ-II Корреляция между макропараметрами плазмы и характеристиками флуктуаций плотности плазмы в стеллараторе TJ-II Корреляция между макропараметрами плазмы и характеристиками флуктуаций плотности плазмы в стеллараторе TJ-II Корреляция между макропараметрами плазмы и характеристиками флуктуаций плотности плазмы в стеллараторе TJ-II Корреляция между макропараметрами плазмы и характеристиками флуктуаций плотности плазмы в стеллараторе TJ-II
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Петров Александр Евгеньевич. Корреляция между макропараметрами плазмы и характеристиками флуктуаций плотности плазмы в стеллараторе TJ-II : диссертация ... кандидата физико-математических наук : 01.04.08 / Петров Александр Евгеньевич; [Место защиты: Ин-т общ. физики им. А.М. Прохорова РАН].- Москва, 2010.- 112 с.: ил. РГБ ОД, 61 10-1/530

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Обзор экспериментов по исследованию флуктуации плотности плазмы в тороидальных установках диагностикой микроволнового рассеяния 8

1.1. Необходимость исследования флуктуации плотности плазмы в тороидальных установках 8

1.2. Физические основы диагностики микроволнового рассеяния 13

1.3. Расчетные основы диагностики 18

1.3.1. Передача мощности рупорно-линзовыми антеннами 18

1.3.2. Оценка мощности, рассеянной на флуктуациях плотности плазмы 21

1.3.3. Экспериментальное определение спектральной плотности и чувствительности методики 23

1.4. Принципы проектирования диагностики микроволнового рассеяния 25

1.5. Исследования флуктуации плотности плазмы в стеллараторах методом микроволнового рассеяния 26

1.5.1. Исследование флуктуации плотности плазмы в стеллараторе Л-2 27

1.5.2. Исследование флуктуации плотности плазмы в стеллараторе ATF 35

1.5.3. Исследование флуктуации плотности плазмы в стеллараторе TJ-1U 42

1.6. Заключение к главе 1 45

Глава 2. Описание стелларатора TJ-II 47

Глава 3. Диагностика 2-мм рассеяния в стеллараторе TJ-II 55

3.1. Техническое задание на диагностику 2-мм рассеяния 55

3.2. Диагностический комплекс 2-мм рассеяния в стеллараторе TJ-II 59

3.3. Анализ временных выборок 69

3.4. Контрольные измерения в стеллараторе TJ-II 70

Глава 4. Корреляция между макро- и микропараметрами плазмы ...77

4.1 Связь между флуктуациями плотности плазмы и распространением холодного газа (азота) в ТJ-II 78

4.2 Корреляция между флуктуациями плотности плазмы и структурой магнитного поля 82

4.3 Изменение флуктуации плотности плазмы , плотности и температуры при дополнительном нагреве плазмы инжекцией нейтрального пучка в TJ-II 92

Заключение 98

Литература 101

Введение к работе

Диссертационная работа связана с одной из фундаментальных проблем, существующих в физике плазмы, - определением параметров плазмы в тороидальных установках (стеллараторах и токамаках) и их связи с флуктуациями плотности в этой плазме. К настоящему времени общепризнанным фактом считается то, что диффузия частиц и теплопроводность в токамаках и стеллараторах зависит от интенсивности флуктуации плотности плазмы, электрического поля и температуры частиц [см., например, 1,2]. Поэтому информация о характеристиках флуктуации, о связи этих характеристик с различными макропараметрами плазмы является принципиально важной для решения фундаментальных задач и прикладных проблем, связанных с удержанием высокотемпературной плазмы в термоядерных установках.

Задачей данной работы является исследование корреляции между макропараметрами плазмы и характеристиками флуктуации плотности плазмы в стеллараторе TJ-II (Мадрид, Испания)

Исследования флуктуации высокотемпературной плазмы в центре плазменного шнура существенно ограничены сложностью диагностической техники. На больших термоядерных установках такие диагностики должны быть бесконтактными и располагаться на больших расстояниях. В настоящее время успешно развиваются следующие диагностики - это, в первую очередь, диагностики методом рассеяния в плазме лазерного [3] и СВЧ излучения [4,5], а также диагностика «Heavy ion beam probe» (HIBP) или зондирование пучком тяжелых ионов [6]. Эти диагностики дополняют друг друга, потому что измерения проводятся в разных областях плазменных шнуров, в которых определяются разные пространственные масштабы пульсаций. Диагностика микроволнового рассеяния в плазме, которая является основным методом исследования в данной диссертации, позволяет исследовать флуктуации плотности плазмы в широком диапазоне волновых чисел в заданной области плазменного шнура, а в случае многоканального исполнения сравнивать флуктуации плотности в различных областях плазмы и/или изучать их интегральные характеристики [7]. В диагностиках микроволнового рассеяния на флуктуациях плотности плазмы широко используется излучение миллиметрового диапазона длин волн, частота которого выше частоты отсечки для плазмы большинства установок.

Наиболее часто применяется излучение с длиной волны Х~2 мм (впервые в токамаках [8,9]), что и определило название «диагностика 2-мм рассеяния».

Особенный интерес представляет исследований флуктуации в стеллараторах, связанное с необходимостью учета турбулентного переноса в балансе частиц в рамках неоклассической теории. С целью исследования флуктуации плотности высокотемпературной плазмы в стеллараторах в отделе физики плазмы ИОФ РАН были разработаны диагностики 2-мм рассеяния в стеллараторах Л-2 [10], ATF [11], TJ-IU [12]. Полученный опыт работы позволил разработать и создать диагностику 2-мм рассеяния для исследования флуктуации плотности плазмы в стеллараторе TJ-II со сложной трехмерной геометрией плазменного шнура.

Разработанная диагностика 2-мм рассеяния явилась основой данной диссертации, которая позволила в ряде физических экспериментов получить важные результаты по исследованию характеристик флуктуации плотности плазмы и их связи с макропараметрами плазмы в стеллараторе TJ-II.

Расчетные основы диагностики

При условии гауссового [47] распределения интенсивности в СВЧ пучке плотность мощности в передающем пучке (мощность/единица площади) распределена по радиусу пучка следующим образом (z - направление распространения пучка): где F(z) — плотность мощности на оси пучка, wt2(z) — квадрат половины ширины пучка. Ширина пучка - это расстояние (по радиусу), на котором амплитуда поля (Ё) уменьшается в е раз по сравнению с Ё на оси пучка, F(z) при этом уменьшится в е2 раз здесь z - расстояние от области перетяжки, где пучок имеет полуширину wot до плоскости (перпендикулярно z), в которой рассматривается пучок. Мощность, излучаемая рупорно-линзовой антенной определяется как Плотность мощности на линзе приемной антенны, установленной напротив передающей (см. рис. 1.2), определяется профилем падающего пучка Ft в плоскости приемной линзы с учетом профиля диаграммы направленности приемной антенны: 2г2 FR = Ft(pZl)e- 7 , (4) где wR(z2) - полуширина диаграммы приемной антенны, на линзе. Мощность, принимаемая приемной антенной: PR = 27C \FRrdr , (5) о где rR - радиус линзы приемной антенны. Распределение плотности мощности падающего пучка в плоскости приемной линзы, то есть на расстоянии (Dzi) от перетяжки падающего пучка: 2г2 Ft(DZl) = F(DZl) е- чБ У . (6) Плотность мощности на оси пучка F(Dzi) определим из равенства Pt = 27C \Ft(D-zx)rdr: 271 F(D -Zl) ]e rdr = 271 F(D -Zl)(- W (D, Zl)) [ е- У = = F(D -Zl) w2t (D -Zl)[1-0], F(D-Zl)= . (7) Подставляя (6) и (7) в (4) получим: 2r2 2r2 9p , [wKz +w D-z,) F =—2777 7_e wr(D"z.) -e WR( ) = 277; Г e w2(D-z,)w2R(z2) Интегрируя FR, получим мощность, принимаемую приемной антенной: Г«. Длр 1 \ .г [w2(z2)+w,2(Z -Z,) PR=2TI J wfr - 2 - J е 2 w -zjwKz.) dCr2) 0 mv,(D-Zl) 2 J0 или w2 (z ) 2 [w2R(z2)+w2(D-z,) PR = Pt 2m ,2\ Л l-e"2r TJ" (8) Плотность мощности падающего пучка в плоскости приемной линзы распределена по радиусу линзы: 2Р _ 2г Ft (D-zi) = 2 —- е w?(p-z,) ян», (D-Zj) Интегрируя Ft(D-zi) от 0 до wR(z2), получим мощность, принимаемую приемной антенной: Mz2) 2Р W (z2) 2г2 PR-27l \Ft(D-zx)rdr = -Г 7 J e- 7Jd(r2) = О D ,,,2 2r 2wR(z,) = - [е-?Г=Р,[1-е- 7], w 2 2w(z2) иначе PR = Pt kg.( где kg= l-e w2(D-Zl) - потери диаграмм направленности. Передающий, рупор Приємний рупор Приємний рупор : Рис. 1.2. Схема диагностики микроволнового рассеяния, состоящая из передающей антенны и двух приемных антенн. Пусть точечный источник (расположенный в центре рассеяния) переизлучает мощность в телесный угол 4л; Pr = I0-re2-Ne — r2N . 4mv; (s) (И) Плотность переизлученной мощности на расстоянии D2 от источника (в Лло; плоскости приемной линзы) равна — (12)

В плоскости приемной линзы с учетом диаграммы направленности приемной антенны имеем распределение мощности: 2г 4яЕ . =J±2e (13) Мощность в приемной антенне: PR = 2/{FR =Pr [ 1-e- fe ] (14) Рассеянная мощность, принимаемая антенной: w2R(z2) Ps= Ч J I N J S(ktw)da (15) Для того чтобы перейти к определению спектральной плотности мощности флуктуации плотности плазмы S(k,a ), необходимо определить ps отношение —, знать параметры геометрии рассеяния, размеры пучков и число частиц в объеме рассеяния Nc. Расположив передающую и приемную антенны друг напротив друга (см. рис. 1.2), можно записать соотношение PR = PtKiKg, где Ki - потери в подводящих волноводах Kg - потери диаграмм направленности (были определены выше) приемной и передающей антенн. Используя детектор с квадратичной характеристикой, можно написать где UR и UT - отклик детектора на принимаемую и излучаемую мощность, соответственно. При использовании этого детектора в гомодинной схеме (описание см. ниже), его отклик на рассеянный сигнал также зависит от мощности в опорном канале Usd = A PSd-Pref , где PSd = К! Ps. Другими словами Л_ uh Pt K,UTUref (здесь угловые скобки обозначают усреднение по времени, а индекс ref относится к опорному каналу).

Таким образом S(k)=" 7 -kg 2 7 TsJ-(r?.Ney1-. UR-Uref Щ{г2) Это соотношение использует как измеряемые (UR, Uref, Usd, Kg), так и вычисляемые (Dz, wT, wR, Ne) величины. Упрощенно считая объем области рассеяния пересечением двух цилиндров, как показано на рисунке 1.2, можно вычислить число частиц в объеме рассеяния Ne = n.VS; VS = wT2(zTS) - L = - ») »»( «) sin0 где 0 - угол рассеяния. Используя определение спектральной плотности мощности [11] Sfc»)- . п{к, со) ns VST где Т - время наблюдения и "ns" - средняя плотность электронов в рассеивающем объеме можно вычислить относительный уровень флуктуации плотности из экспериментально измеренного S(k, со) n VST -2 І2л)л-пе $S(k, a )dkd(D. Для приема в выделенном направлении и в широкой полосе частот Af 1 МГц подынтегральное выражение упрощается и тогда дп \neJ S(k) . 2ж-пе При проектировании диагностики нужно учесть, что: 1) пучок и область взаимодействия должны быть значительно меньше размера плазмы, потому что это дает очень важный параметр - локализацию флуктуации; 2) длина волны зондирующего излучения должна также меньше размеров пучка и области локализации; 3) надо иметь возможность промерить несколько углов рассеяния, выбирая соответственно геометрию передающих и приемных антенн (желательно иметь возможность их перестройки, а еще лучше сканирования); 4) необходимо иметь чувствительность, превышающую шумовые процессы - излучение из плазмы в этом диапазоне, аппаратурные шумы; 5) конструкция должна быть по возможности упрощена.

Исследования флуктуации плотности плазмы в стеллараторах методом микроволнового рассеяния

В качестве иллюстрации применения диагностики 2-мм рассеяния описаны реализации диагностики на термоядерных тороидальных установках (стеллараторного типа) Л-2 (Россия) [49,50], ATF (США) [11] и TJ-1U[51] (Испания). Параметры плазмы каждой из установок указаны в таблице 1. При реализации диагностик 2-мм рассеяния в качестве источника зондирующего излучения использовались так называемые генераторы дифракционного излучения (ГДИ) [52] с длиной волны от 1,5 до 2,5 мм, как юстируемые, так и пакетированные. Выходная мощность составляла от 0,1 до 0,5 Вт в зависимости от лампы. ГДИ отличаются низким КПД, но высокой стабильностью параметров выходного излучения. В качестве приемных устройств (в схемах гомодинного детектирования) использовались точечные детекторы чувствительностью 100мВ/мВт или более чувствительные планарные детекторы (детекторы Шоттки). Отметим, что необходимо учитывать особенности конфигурации плазмы в стеллараторах. В отличие от токамака, влияние магнитного поля создает в каждой из этих установок уникальные трехмерные распределения плотности шнура. Для иллюстрации на рисунке в следующей главе представлена трехмерная картина конфигурации катушек магнитного поля, вакуумной камеры и шнура плазмы в стеллараторе TJ-II [53] («наследника» стелларатора TJ-1U). Стелларатор Л-2 - двухзаходный стелларатор, расположен в Институте Общей Физики РАН (Москва). Угол вращательного преобразования определяется магнитными полями, которые в этой установке создаются двумя парами (1 = 2) проводников, полное число периодов магнитного поля N=14. В настоящее время установка модернизирована (в статьях называется Л-2М) и продолжает эксплуатироваться Для исследования характеристик флуктуации плотности в горячих областях плазмы стелларатора Л-2 использовалась методика коллективного рассеяния излучения с длиной волны Ai = 2,5 мм [54,10]. При рассеянии на низкочастотных флуктуациях (частотой со), то есть при со, со, волновые векторы рассеянной ks и падающей к, волн приблизительно равны по абсолютной величине и поэтому значение волнового вектора флуктуации плотности может быть определено из треугольника волновых векторов (см. формулу Брэгга из раздела 1.2 ).

Принимая рассеянное излучение под различными углами по отношению к падающему пучку, можно получить спектр флуктуации по волновым векторам. На рис. 1.3 представлена геометрия падающего и рассеянных СВЧ-пучков в плоскости малого сечения стелларатора Ввиду того что диаметры диагностических патрубков камеры стелларатора невелики (70 и 90 мм), оказывается невозможным осуществлять зондирование и прием рассеянного излучения снаружи. Поэтому внутрь вакуумной камеры была помещена приемная рупорно-зеркальная антенная система, принимающая рассеянное в плазме излучение под углами 6S =0; 15; 30 и 45 градусов по отношению к падающему СВЧ-пучку. При длине волны зондирующего пучка 7 2,5 мм такие углы приема соответствуют волновым векторам плазменных колебаний kj. = 6; 13 и 19 см"1. Центр области, из которой принимается излучение, фиксирован, а средний радиус магнитной поверхности, на которой расположен центр рассеяния, равен rs = 7 см. СВЧ-детектор выделяет низкочастотный сигнал биений рассеянного и опорного сигналов, который затем усиливается в полосе частот 2 кГц - 2

МГц н поступает на анализирующую аппаратуру. Используемая схема позволяла одновременно регистрировать сигналы с трех угловых каналов. Обработка и анализ временных выборок сигналов с детекторов включали в себя следующие операции: 1) оцифровка с интервалом дискретизации At = 1 мкс. Число точек оцифровки N=1024/ni ,где nt - число временных отрезков, анализирующихся в течение одного разряда установки; 2) вычисление мощности оцифрованного центрированного сигнала; 3) вычисление автокорреляционной функции оцифрованного сигнала и времени автокорреляции. Использование корреляционного метода позволяет увеличить отношение сигнал/шум в конечном частотном спектре. Преобразование Фурье автокорреляционной функции дает спектр мощности исследуемого сигнала; 4) преобразование Фурье автокорреляционной функции по алгоритму БПФ (быстрое преобразование Фурье); 5) при необходимости проведение статистического усреднения частотных спектров флуктуации; 6) вычисление спектров по волновым векторам; 7) вычисление относительного уровня флуктуации плотности. Стелларатор Л-2 позволял проводить исследования в нескольких плазменных режимах: при создании плазмы продольным током, при дополнительном к току электронно-циклотронном нагреве (ЭЦН) и в режиме только резонансного ЭЦН. Представим некоторые результаты исследований из работ [10,55]. При ЭЦН токовой плазмы частотные спектры флуктуации плотности мало отличаются от спектров флуктуации в исходной токовой плазме, так что частотные спектры под воздействием СВЧ-волны накачки практически не изменяются. На рис. 1.5а представлен спектр флуктуации плотности при ЭЦН в токовой плазмы, когда центральная электронная температура Те(0) = 600 эВ, а профиль плотности был близок к квадратичной параболе. Спектры с близкими характерными частотами наблюдались и при ЭЦН бестоковой плазмы обыкновенной волной. В этом режиме, спектр флуктуации, представленный на рис. 1.56, также имеет максимальную амплитуду на частотах f = 10- -20 кГц, но несколько шире, чем при нагреве токовой плазмы. Таким образом, можно сказать, что, как и в режиме омического нагрева при ЭЦН плазмы возбуждаются флуктуации плотности в диапазоне частот до 100 кГц. Подобие спектров в этих режимах нагрева указывает на единую природу этих флуктуации, связанных, по-видимому, с наличием градиентов плотности и температуры.

Техническое задание на диагностику 2-мм рассеяния

Стелларатор TJ-II является сложным тороидальным устройством для создания и удержания высокотемпературной плазмы. Поэтому при расчете и конструировании диагностики микроволнового рассеяния, требовалось удовлетворить некоторым специфическим условиям, которые существенно усложнили создание диагностики.

Спецификой дизайна диагностики 2-мм рассеяния в стеллараторе TJ-II являлись следующие требования: 1. все элементы диагностики должны были располагаться вне вакуумного объема, 2. для размещения выделялись верхний и нижний патрубки сечения, представляющие собой сильно вытянутую равнобедренную трапецию с основаниями 40 и 100 мм и высотой 420 мм, 3. пакетированная (закрепленная в магните) генераторная лампа должна была размещаться не ближе 6 метров от центра установки и как можно ближе к экваториальной плоскости, 4. существовали ограничения на линейные размеры передающих и приемных антенн из-за уже размещенных элементов других диагностик вблизи выделенного сечения. Размеры портов установки и физическая задача в сочетании с требованиями достаточной простоты реализации привели к тому, что диагностика была спроектирована с двумя передающими (в конечном итоге задействовалась только одна их них) и тремя приемными рупорно-линзовыми антеннами, имеющими возможность поворачиваться в одной плоскости в пределах 40 градусов. Сечение D1 установки, в котором располагается диагностика (реализованный вариант), исследуемые области плазмы, геометрия и углы рассеяния изображены на рисунке 3.1 Из рисунка 3.1 видно, что данная геометрия диагностики в принципе позволяет получить достаточно подробный спектр по волновым числам за счет легк передающих и приемных антенн из-за уже размещенных элементов других диагностик вблизи выделенного сечения. Размеры портов установки и физическая задача в сочетании с требованиями достаточной простоты реализации привели к тому, что диагностика была спроектирована с двумя передающими (в конечном итоге задействовалась только одна их них) и тремя приемными рупорно-линзовыми антеннами, имеющими возможность поворачиваться в одной плоскости в пределах 40 градусов. Сечение D1 установки, в котором располагается диагностика (реализованный вариант), исследуемые области плазмы, геометрия и углы рассеяния изображены на рисунке 3.1 Из рисунка 3.1 видно, что данная геометрия диагностики в принципе позволяет получить достаточно подробный спектр по волновым числам за счет легкого перестраивания для изучения как внутренней (при задействовании второй передающей антенны), так и внешней области. Для длины волны зондирующего излучения 2 мм рассчитанный диапазон углов рассеяния составляет от 5 до 40 градусов. Для основного режима работы диагностики были выбраны два значения углов рассеяния в 6 и 12 , что соответствовало волновым числам 3 и 6 см"1 соответственно. Описание расчета порога чувствительности для диагностики 2-мм рассеяния приведено в 1 главе (и подробно рассмотрено в [11])

Для расчета чувствительности используются выражения из разделов 1.3.2 и 1.3.3, причем Для диагностики ого перестраивания для изучения как внутренней (при задействовании второй передающей антенны), так и внешней области. Для длины волны зондирующего излучения 2 мм рассчитанный диапазон углов рассеяния составляет от 5 до 40 градусов. Для основного режима работы диагностики были выбраны два значения углов рассеяния в 6 и 12 , что соответствовало волновым числам 3 и 6 см"1 соответственно. Описание расчета порога чувствительности для диагностики 2-мм рассеяния приведено в 1 главе (и подробно рассмотрено в [11]) Для расчета чувствительности используются выражения из разделов 1.3.2 и 1.3.3, причем Для диагностики 2-мм рассеяния на TJ-II оценим потери сигнала (в дб) по элементам приемного и передающего трактов (Kg). При мощность генератора, равной 0,1Вт , уровне опорного сигнала -20дб, чувствительности приемника в полосе 1 МГц , равной 10"5В и чувствительности детектора, равной ЮОВ/Вт, получаем для D=80 см , w = 2 см и плотности плазмы на середине радиуса пе 10 см" теоретическую оценку чувствительности диагностики, равную f Y=10-6 V п J Теоретическая оценка показывает достаточно высокую чувствительность данной диагностики 2-мм рассеяния.

Корреляция между флуктуациями плотности плазмы и структурой магнитного поля

Плазменные неустойчивости разделяются на два больших класса: макронеустойчивости (магнитогидродинамические неустойчивости), развитие которых вызывается свободной энергией магнитного поля, и микронеустойчивости, раскачка которых вызываются локальными градиентами плотности и температуры плазмы, немаксвелловскими функциями распределения частиц и иными . факторами. Развитие макронеустойчивостей может привести к резкому изменению макропараметров плазмы вплоть до срыва разряда, развитие микронеустойчивостей — к возрастанию диффузии частиц поперек магнитного поля, увеличению теплопроводности. До последнего времени считалось, что развитие микронеустойчивостей не приводит непосредственно к катастрофическим последствиям типа срыва разряда, однако сейчас накапливаются данные о возможности возникновения и при их развитии флуктуации со случайными амплитудами особо большой величины, так называемые «редкие события», которые также могут прямо влиять на макропараметры плазмы. Вопрос о том, связаны ли между собой флуктуации, вызванными магнитогидродинамическими (МГД) неустойчивостями и микронеустойчивостями, к настоящему времени не является изученным. Это связано со сложностью измерения флуктуации, вызванных микронеустойчивостями, по всему объему плазмы (от края до центра шнура), а также необходимостью сравнения флуктуации разных I плазменных параметров. В тороидальных установках МГД активность, как правило, определяется по флуктуациям магнитного поля и измеряется магнитными зондами, которые располагаются за пределами плазменного шнура [68,69]. Проявление же микронеустойчивостей в плазменных установках регистрируется внутри шнура по флуктуациям плотности плазмы, температуры частиц, электрического поля.

К настоящему времени показано, что МГД моды непосредственно влияют на флуктуации низкотемпературной краевой плазмы. Эксперименты, проведенные на токамаке TEXT [70], показали, что возникновение МГД моды (m = 2) низкой частоты (до 10 кГц) приводит к небольшому сужению спектра флуктуации, измеренных ленгмюровскими зондами за последней замкнутой магнитной поверхностью. Увеличение частоты такой МГД моды приводило к уменьшению средней частоты широкополосного спектра флуктуации, измерявшихся вблизи края плазмы г/а = 0.75 (а - граница плазменного шнура). На стеллараторе TJ-II [71] было показано, что низкочастотная модуляция (до 1 кГц) амплитуды МГД осцилляции (т = 2, п = 3, f 30 кГц), возникавших при угле вращательного преобразования i(a)/27C = 1.51 вне плазменного шнура, приводила к соответствующим модуляциям сигналов электронно-циклотронного излучения (ЭЦИ) и амплитуды излучения линии На . На расстоянии г/а 0.8 от края плазменного шнура в сигналах ЭЦИ были обнаружены колебания излучения, близкие по частотам к МГД (краевые локализованные моды — Edge-localized-mode-like event, ELM modes). В статье было предположено, что краевые локализованные моды в TJ-II могут возникать, как в результате проявления МГД мод (резонанс 3/2 находится в этой конфигурации магнитного поля внутри плазмы вблизи области ЭЦИ измерения), так и независимо от МГД мод из-за развития микронеустойчивостей (резистивно-баллонной или дрейфовой). К настоящему времени наименее изученным остается вопрос о влиянии МГД активности на флуктуации, возникающие из-за развития микронеустойчивостей в центральных областях плазменного шнура вдали от последней замкнутой магнитной поверхности. Диагностика 2-мм рассеяния позволила осуществить эксперимент по исследованию взаимного влияния флуктуации плотности плазмы на середине радиуса шнура (г/а = 0.5) и МГД активности при различных конфигурациях магнитного поля в стеллараторе TJ-II.

В эксперименте проводились измерения и сравнение спектральных и корреляционных характеристик флуктуации плотности плазмы на середине радиуса шнура и флуктуации магнитного поля, измеренными зондами за пределами шнура, при различных конфигурациях магнитного поля установки. Выбор конфигураций магнитного поля производился изменением токов в тороидальной, компенсирующей и винтовой катушках стелларатора. В эксперименте обычно указывают величины пропорциональные этим трем токам при описании магнитной конфигурации, например 100_38_35, соответственно. Отметим, что магнитные зонды были расположены не только за пределами плазмы, но и в разных полоидальных сечениях на большом расстоянии по тору от полоидального сечения расположения диагностики 2-мм рассеяния. В

Похожие диссертации на Корреляция между макропараметрами плазмы и характеристиками флуктуаций плотности плазмы в стеллараторе TJ-II