Введение к работе
і
^^Ч[Акгуальііость темы.
Вопросы, сьяза!!!!!,!о с излучением, распространением и иоі лощением электромагнитных волн с частотой, близкой к гармоникам электронной гирочастоты в мапіитоактишіЬя плазме, исследуются достаточно давно. В настоящее время интерес к подобным исследованиям в значительной пере обусловлен их приложениями в рамках программы УТС. Тек, при соответствующей обработке данных измерений собственного электронно-циклотронного излучения (ЭЦП) плазмы в магнитной ловушке можно получать информацию как о макропараметрах (пространственном распределении температуры, плотности электронов и т.п.), так и о функции распределения электронов.
Интерпретация измерении 0U11 является, строго говоря, .некорректной обратной задачей. Более простой подход состоит в-сопоставлении данных эксперимента с результатами расчета спектров ЭШ1. Выбор вила функции распределения электронов в модельных расчетах должен соответствовать условиям и специфике эксперимента. Таким образом, проблему интерпретации можно свести к решению ряда "прямых" задач расчета спектров. Однако и при ре- \ шении "прямой" задачи возникает немало сложных вопросов, связанных, например, с учетом ненаксвелловского распределения электронов по скоростям, релятивистских эффектов, перекрытия гармоник гирочастоты, переотражений излучения от стенок камери и др.
В проектируемых токаиаісах-реакторах, в том числе, в D-3He
системах немаловажную роль ЭЦИ будет играть и в энергобалансе плазмы. Обычно при анализе потерь энергии по циклотронному каналу используют фэрмулы Б.А.Трубникова [I], которые позволяют оценить среднюю мощность потерь энергии из объема. Однако с их помощью нельзя учесть влияние реальных профилей температуры и плотности плазмы, вытеснение магнитного поля за счет диамагнетизма. Учет этих эффектов позволит иметь более точное представление о' характере ЭЦИ термоядерной плазмы, что имеет принципиальное значение в энергобалансе, когда циклотронные потери соизмеримы с тормозными.
В последнее время большой интерес вызывает возможность использования в тороидальных установках ЭЦ-поглощения микроволновой мощности с целью генерации стационарного . тока (eccd), в том числе и для подавления тиринг неустойчивости на периферии плазменного шнура. Согласно современным представлениям анализ поглощения волн в плазме и генерации тока применительно к указанным проблемам должен включать в себя учет тороидальных, релятивистских эффектов, а также эффектов, связанных с немаксвел-ловским распределением электронов по скоростям.
В представляемой диссертационной работе рассмотрен ряд задач, связанных с электронно-циклотронным излучением, поглощением и генерацией стационарного тока ЭЦ-волнами в токамаках. Методы их решения едины с общефизической точки зрения. Однако, каждая задача имеет специфику, обусловленную рассматриваемым частотным диапазоном, направлением распространения излучения, температурным режимом и т.п. Полученные результаты важны, в частности, для исследовательских токамаков Т-Ю, T-I5, T-I4 (7СП) и проекта реактора-тоїсамака iter.
Цели работы.
-
Создание численных программ для определения спектров ЭЦИ и мощности потерь энергии за счет ЭЦИ.
-
Проведение расчетов спектров ЭЦИ и мощности потерь энергии за счет ОЦИ ь юкамакь T-I4.
-
Разрэоотка численного кода для исследования генерации тока ОЦ-волнами в токамаках.
-
Изучение оптимальных режимов ввода ЭЦ-волн для поддержания стационарного тока в установках Т-10, 1-15, iter.
б. Исследование возможностей локальной генерации тока ЭЦ-волнами для подавлении неустойчивости тиринг моды т=2, п~і в токамаке iter.
Научная новизна.
-
Розраоотон алгоритм для описания спектров ЭЦИ плазмы токанаков. В рамках одномерной модели учтено излучение ускоренных электронов; эффекты, обусловленные тепловым движением электронов, конечностью ларморовского радиуса и релятивистские поправки в, коэффициенте поглощения; перекрытие гармоник в пространственно неоднородном магнитном поле и многократное ограже-ние излучения от стенок камери с учетом деполяризации,
-
Разработана теоретическая модель, а также простой и эффективный численный код на ее основе, позволяшиН исследовать генерацию стационарного тока волнами с цшаютропноЯ частотой в рамках линейной геометрооптической теории распространения и поглощения волн. При определении коэффициента поглощении учтены релятивистские эффекты. Модель использует в качестве входных данных значения локальной эффективности генерации токи, полу-
чешімо в (2) с учетом релятивистских и тороидальных эффектов.
Научное и практическое значение.
-
Полученные результаты расчетов Э1Ш могут оыгь использованы для анализа экспериментальных спектров и оценки роли ЭЦИ в энергобаланс*) плазмы. Сопоставление молельных спектров .с экспериментами и известными расчетами других авторов демонстрируют достоверность полученных результагов.
-
С помошью численного кода проведено моделирование сгшкіров ЭЦИ, оценена тшоке мощное і ь связанных с ОЦІЇ потерь для токапано Т-14.
-
Разраооташшй комплекс программ для исследования распространения волны, ее поглощения и 'генерации тока позволяет достаточно оперативно и надежно определять величину тока и ею просіранстьенпое распределение, расчеты по генерации стационарного тока использованы при анализе проведенных' экспериментов на Т-10 и планируемых экспериментов на Т-І5. Расчеты по оптимизации ввода ЭЦ мощности и стабилизации тиринг моды ишж-зовшш при обосновании проекта ИГУР.
Автор защищает следующие результаты,
],.' Физическую модель и численный код для расчетов 01Ш в
тоїаімакох. ч
-
Результаты численного моделирования спектров ЭЦП.
-
Физическую модель и численный код для расчета поглощения ОЦ-волн в плазмо и генерации стационарною тока.
-
Результаты численных расчетов по оптимизации . ввода ОН воли с целью получения максимальной эффективности генерации
тога В Т-ЇО, T-I5, ITER.
б. Результати численных расчетов по' стабилизации тиринг
Апробация.
Результаты диссертационной работы обсуждались на семинарах в. ИАЭ и <И1АЭ им. И.В.Курчатова, докладийались На И Европейской конференции по Физике плазмы и УТС (Мадрид, 1987), на 17й Европейской" конференции по УТС и нагреву плазмы (Амстердам, 1990), на 18 Европейской конференции (Берлин, 1991), на Между-' наролном раоочен совещании . 'Мошное СВЧ-излучение в . плазме" (Суздаль, 1990) и на совещаниях Рабочей группы iter в Гархишё' D 1989, 1990 И 199I Г.
Структура диссертации.
Раоота состоит из введения, четырех глав, заключения и списка иити|юванпои литературы. ОощиН ооьем раооты составляет 145 стр., включая 45 рис., 4 таол., 115 иаим. пит. литературы.
