Введение к работе
Акт^альность_темы. В настоящее время наиболее проработанной альтернативной токэмаку магнитной системой является стеллэ-ратор или его модификация - торсзтрон. За последние года а экспериментах на основных установках стеллзраторнолго типа -"Ливень-2", "Урагзн-3" (трехзаходный торсатрон), "Hellotron-E", "W-TAS", "ATF", "CHS" получены высокие для установок данного масштаба параметры плазмы. Это послужило основанием для создания стелларатовных установок нового поколения - "IHD", "W-7I" с параметрами, приближающимися к параметрам крупнейших из действующих T0K3M3K0B.
Важнейшей составной частью исследований на стелл.-эраторах является изучение топологии магнитных СИЛОЕЫХ лини*. Опыт эксплуаташп! ЕышеназЕзнннх установок показывает, что, несмотря на строгую реализацию технического проекта стелларатора, искажения магнитного поля не всегда оказываются пренебрежимо малыми и могут существовать другие причины их возникновения (например, влияние окружающих материалов и т. п.). Поэтому перед началом исследований с плазмой необходимо экспериментально показать получение в установке проектной структуры магнитного поля. Создавая и применяя ноЕые, более эффективные методы исследования структуры магнитного поля, которые дают также и прямые изображения магнитных (дрейфовых) поверхностей, необходимо провести картирование магнитного поля устаюжси и определить границу замкнутых магнитных поверхностей. Деформация магнитных поверхностей указывает на существование возмущений поля. Если таковые имеются, то необходимо отождествить источники вопмузе-ний, устранить их или провести компенсацию их полей.
Не менее важной составной частью исследования магнитной конфигурации является обеспечение более широкого диапазона управления вакуумной конфигурацией поля для получения режимов с различным сочетанием положительного/отрицательного шира и магнитной ямы/бугра. Последние дают возможность проводить эксперименты по раздельному определению влияния шира и магнитной ямы на устойчивость плазмы.
ЦЙ_Рботы. Провести исследования магнитной конфигурзп ш трехзаходнсго торсатрона У-ЗМ, экспериментальных методов измерения магнитных поверхностей и способов управлені я основными характеристиками в торсатронах.
Наутаая_ндшзна_и_практетеская_цеетость. Основные задачи, рассмотренные г диссертации, возникли в связи с исследованием трехзаходного торсатрона У-ЗМ. В работе проведено обобщение результатов расчетов для нескольких численных моделей магнитной системы и полнено полное и достоверное представление о структуре магнитных поверхностей и свойствах конфигурации. Впервые проведено сравнение расчетных характеристик магнитного поля системы, по описанию близкому к запроектированной, и системы, у которой все элементы представлены однонитевыми проводниками. Это позволило получить сведения об изменении основных характеристик ловушки (среднего радиуса замкнутых магнитных поверхностей, угла вращательного преобразования, магнитной ямы/бугра) при таком переходе, которые могут быть использованы для прогнозирования и обоснования подобных ловушек следующего поколения.
Б качестве принципиальной основы новых интегральных методов изучения магнитных поверхностей исследована физика явлений так называемого "стеллараторного диода" Измеренные экспериментальные закономерности поведения анодного тока в ловушке должны быть опорными при проверке адекватности теоретических описаний такого тороидального электронного облака. Впервые было показано, что возможны два уровня диффузии электронов в стелла-раторном диоде и найдены условия, их определяющие. Впервые предложено использовать наблюдаемые радиальные изменения вольт-амперных характеристик (появление или исчезновение гистерезиса) для определения границы замкнутых магнитных поверхностей стеллараторов/торсатронов.
Ка основе развитых представлений о стеллараторном диоде на У-ЗМ предложен.» апробирован триодшй метод исследования структуры магнитных поверхностей в варианте с постоянным напряжением источника тока. Этот метод позже был применен в США (г. Аубурн) при исследовании двухзаходного торсатрона.
Обнаружено, что для многоьиткоеых винтовых обмоток, какие созданы* на торсатронзх У-3 и У-ЗМ, длинноволновые искажения закона винтовой намотки приводят к возникновению радиального
(горизонтального для геометрической оси тора) BR поля. В торсатроне с і равоЕіштовой намоткой вследствие такого возмущения происхі дат смещение магнитной оси и окружающих ее поверхностей вверх, разрушение периферии апертуры. Разбалансом токов во внешне:'', паре соленоидов вертикального поля был ^юуществлек довольно простой способ компенсации возмущения и
восстановлена структура магнитных поверхностей.
При настройке магнитной системы У-ЗМ впервые была проведена оценка режимов конфигурации применением предложенного объективного критерия качества, использующего оптимизацию удержания электронов.
Работа служит дальнейшему развитию представлений о влиянии квадрупольного и дипольного магнитных полей на трехзаходный торсатрон и может Сыть использована для расширения экспериментальных возможностей по упраЕлению вакуумной конфигурацией поля. На торсатронах с мультшюльностью системы компенсационных соленоидов вертикального поля, равной или больше четырех, предложенный способ управления дипольной составляющей магнитного поля может быть использован для создания в режимах с магнитной ямой профиля угла вращательного преобразования с положительным широм.
0сндБные_положенияА_Быносише_на_защит-
-
Результаты расчетов магнитной конфигурации 1=3, га=9 торсатрона У-2М.
-
Результаты экспериментального исследования явлений в "стеллараторном диоде".
-
Способ определения граниш замкнутых магнитных поверхностей при помощи измерения вольт-амперной характеристики стеллараторного диода.
і. Описание триодного метода измерения структуры магнитных поверхностей ("стеллараторный диод с дополнительным сеточным анодом"), работающего при постоянном напряжении источника тока.
,5. Результаты экспериментального исследования магнитных поверхностей торсзтрона У-ЗМ и доказательства происхождения источников возмушений.
6. Результаты расчетов влияния на конфигурацию 7=3 торсатрона - модели У-ЗМ - квадрупольного и дипольного полей.
Т. Способ создания профиля угла вращательного преобразования с положительным' широм для режимов с магнитной ямой в конфигурации 2=3 торсзтрона.
Аггробация^аб^ты_и_пу_блжации. Основные результаты диссертационной работы -докладывались и обсуждались на Всесоюзных конференциях го физике плазмы и ПС (Звенигород, 1987 и 1990 гг.), на совещаниях МАГАТЭ по стеллараторам (1989, 1991 гг.). По теме диссертации опубликовано семь статей, два отчета.
Сту^тща_и_объем_диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литера-
туры из 149 наименований, изложена на 179 страницах и включает 63 рисунка, 1 таблицу.
