Введение к работе
Актуальность работы. Проблема создания термоядерного реактора на основе D — Т реакции содержит в себе ряд физико-технических задач, одной из которых является изучение поведения материалов под воздействием мощных нейтронных потоков. Дело в том, что ряд элементов термоядерного D — T реактора (первая стенка, блаикет, ВЧ-антенны и др.) должны будут работать в условиях интенсивного воздействия нейтронных потоков с существенной долей первичных 14-мэвных нейтронов, плотность потока которых составляет величину порядка 5 1013 нейтр./см-с (или 1 МВт/м2). Для изучения поведения материалов в таких условиях представляется важным создание специализированного генератора нейтронов. Одной из наиболее перспективных схем такого генератора является источник нейтронов на основе газодинамической ловушки (ГДЛ) [7, 8, 1].
Газодинамическая ловушка представляет собой пробкотрон с большим пробочным отношением. Плазма в ГДЛ достаточно плотная, так что время ее жизни определяется газодинамическими законами течения [9].
В работах [7, 8, 10] рассматривалась схема источника нейтронов на основе ГДЛ с холодной дейтерневой мишенной плазмой, в которую инжектируются быстрые (с энергией 240 кэВ) тритоны. Поскольку разработка стационарных инжекторов на такую энергию — достаточно трудная задача, Д.Д. Рютов и И.К. Котельников в 1984 году рассмотрели возможность снижения энергии инжекцпи до значений 80 — 100 кэВ. Оказалось, что такая возможность действительно существует и состоит в создании
популяций как быстрых тритонов, так и быстрых дейтонов. С тех пор велась активная работа по теоретическому и численному моделированию предложенной схемы. Результаты численного анализа возможны} параметров нейтронного генератора излагаются в работе [1].
Наличие потенциальных барьеров в предлагаемой схеме нейтронной: источника создает проблему накопления в плазме примесей с большим зарядовым номером. Эта проблема актуальна также для всех типов амби-полярных ловушек. Поэтому представляется важным рассмотрение все} возможностей решения этой проблемы.
Работа над проектами плазменных источников нейтронов стимулировала появление дополнительного интереса к изучению вопросов теорш: устойчивости плазмы в открытых системах. В частности, было обнаружено, что в типичной ситуации для открытых ловушек и для днвертор-ных слоев токамаков, когда плазма вдоль силовых линий ограничиваете* проводящими поверхностями и при этом существует поперечный градиент температуры, может 'развивается бурная неустойчивость, названию температурно-градиентной [4, 5, 6, 11].
Настоящая работа посвящена теоретическому изучению и численным расчетам ряда плазмофизических процессов в газодинамической ловушке, рассматриваемой с целью создания генератора нейтронов для технологических испытаний. В частности, расчетам стационара и оптимизации параметров нейтронного генератора, а также некоторым вопросал<
мапштогпдродинашіческой (МГД) устойчивости плазмы.
і.
Основные цели работы:
построение математической модели плазмы в нейтронном генераторе;
оптимизация параметров нейтронного генератора с целью получения максимальных нейтронных потоков;
изучение вопроса о накоплении примесей с учетом близких столкновений их с высокоэнергетичными ионами;
анализ МГД устойчивости плазмы в газодинамической ловушке < учетом конечной проводимости плазмы;
изучение вопросов, связанных с температурно-градиентной неустойчивостью в газодинамической ловушке.
Научная новизна. Создана, математическая, численная модель нейтронного генератора на основе газодинамической ловушки, учитываю щая большой набор физических и технических факторов. Показано, что і
рассматриваемой схеме генератора нейтронов при относительно небольшой потребляемой мощности (50 МВт) возможно получение нейтронных потоков на уровне 1 — 2 МВт/м2.
Показана возможность очистки плазмы от примесей за счет близких столкновений последних с попами быстрой компоненты.
Создана линейная теория резистивной баллонной моды в газодинамической ловушке с параксиальными расширителями.
Показано, что в плазме, ограниченной вдоль силовых линий магнитного поля проводящими материальными поверхностями, наличие поперечного к магнитному полю градиента температуры может приводить к развитию бурной неустойчивости и усиленному поперечному переносу плазмы.
Получено дисперсионное уравнение температурпо-градиентной неустойчивости для газодинамической ловушки с параксиальными расширителями с учетом эффектов КЛР, центробежных эффектов и эффектов конечного /?. Получена оценка вклада температурпо-градиентной неустойчивости в поперечный перенос.
Практическая ценность. Полученные в ходе в работы результаты важны:
для проектирования плазменного нейтронного генератора, его моделей и прототипов;
для понимания вопросов, связанных с МГД устойчивостью на начальной стадии нагрева плазмы в ГДЛ, когда температура еще недостаточно велика;
для изучения вопроса об аномальных поперечных переносах в открытых ловушках и диверторных слоях замкнутых систем.
Алпробация работы. Результаты работы докладывались: на Рабочем совещании по открытым лопушкам (г.Сухуми, 1989); на Советско-Американском рабочем совещании "Нейтронный генератор для УТС" (Новосибирск, 1990);
на Всесоюзной конференции по ядерному синтезу и физике плазмы (г.Звенигород, 1990);
на XIII Международной конференции по физике плазмы и контролируемому термоядерному синтезу (Вашингтон, США, 1990).
Объем и структура работы. Диссертация состоит из Введения, четырех глав, Заключения и двух Приложений. Текст диссертации изложен на 130 страницах, включая 22 рисунка и 1 таблицу. Список литературы содержит 55 наименований.
