Введение к работе
Актуальность,
В современной науке при решении задач физики плазмы и управляемого термоядерного синтеза важное место принадлежит вычислительному эксперименту.
Одной из принципиальных проблем, связанных с исследованиями в области термоядерного синтеза в системах с магнитным удержанием плазмы, является проблема дополнительного нагрева плазмы, например, высокочастотным электромагнитным излучением. Проблема высокочастотного нагрева плазмы в термоядерных установках представляет собой интерес не только с точки зрения достижения высоких температур, но и при рассмотрении вопросов создания плазмы, наращивания плотности, уменьшении потерь быстрых ионов.
Настоящая диссертационная работа посвящена математическому моделирование явлений, происходящих в высокотемпературной плазме в зеркальных системах магнитного удержания при воздействии высокочастотных электромагнитных волн. Рассматриваются плазменные колебания вблизи резонансных частот альфвеновских, поверхностных, быстрых магнито-звуковых, ионно-циклотронных волн; диапазон частот: 0,lMHz^f^32MHz.
Разработанный в диссертации эффективный вычислительный алгортим позволяет рассчитывать электромагнитные поля и поглощаемую мощность в двух- и трехкомпонентной плазме, имеющей двумерную неоднородность: уменьшение плотности от центра к границам плазмы и увеличение магнитного поля вдоль оси к пробкам.
Актуальность созданного комплекса программ обуславливается возможностью использовать вычислительный эксперимент в оценке
перспективных направлений экспериментальных работ по высокочастотному нагреву и важность!) вопросов создания и применения численных методов для решения сложных задач математической физики.
Цель работы.
Целью работы является разработка вычислительного алгоритма и создание комплекса программ для моделирования нагрева неоднородной магнитоактивной плазмы высокочастотными волнами, излучаемыми антенной, а также выполнение исследований различных режимов нагрева, имеющих важное практическое значение.
Научная новизна.
В диссертационной работе получает дальнейшее развитие метод опорных операторов» предложенный в работах А. А. Самарского, А.П.Фаворского, В.Ф. Тишкина, как способ построения консервативных разностных схем.
В диссертации построены операторные разностные схемы для дифференциального векторного уравнения второго порядка с комплекснозначным тензором проводимости в пространстве комплекснозначных векторов в криволинейной системе координат, связанной с силовыми линиями удерживающего магнитного поля. Тензор проводимости, использованный в настоящей работе, построен на основе магнитогидродинамической модели "холодной" плазмы и соответствует волновым процессам, происходящим в реальной плазме, для которой фазовая скорость волны больше тепловой скорости электронов (Т=40-20е\0. Компоненты тензора берутся из
апробированных теоретических работ.
Впервые проведено систематическое исследование физических процессов распространения и поглощения основных типов высокочастотных электромагнитных волн в холодной двумерно-неоднородной плазме и влияния неоднородности на искажение спектра электромагнитных колебаний.
Впервые рассмотрены импедансные свойства плазмы открытой магнитной ловушки в больших диапазонах частот и плотностей, вплоть до ионно-циклатронных включительно, построены импедансные кривые.
Впервые исследованы электромагнитные поля и поглощаемая мощность двух- и трехкомпонентной плазмы, нагреваемой .с помощью рамочной антенны, ток которой моделируется на двумерной сетке.
Практическая ценность.
Разработанный автором вычислительный алгоритм, .реализованный в виде двумерного комплекса программ FITA CRF Flield Solutions for TAndem Mirror Plasma) позволяет анализировать стационарный '.режим работы термоядерных установок типа зеркальной магнитной ловушки, рассчитывать импедансные свойства плазмы, структуру высокочастотных полей и поглощаемой мощности. Это делает возможным использование созданного автором диссертационной работы двумерного кода FITA для расчетов существующих и планируемых установок.
Комплекс программ FITA широко использовался в исследованиях методов высокочастотного нагрева плазмы для установок КП-2М (Сухумский физико-технический институт), ГДЛ (Институт ядерной физики Сибирского отделения РАН), планируемого к созданию нейтронного генератора. Вычислительные результаты использовались
при подготовке экспериментов и при обработке и интерпретации результатов экспериментов.
Апробация работы.
Результаты диссертационной работы докладывались на научном семинаре ИММ РАН, на научном семинаре ИПМ им.М.В.Келдыша РАН, на научном семинаре ИЯФ СО РАН, на научном семинаре СФТИ им.Векуа, на объедененноы семинаре по открытым магнитным ловушкам (Сухуми,19893, на Всесоюзном совещании по ВЧ нагреву плазмы СКиев,19903, на Всесоюзной конференции по физике плазмы и УТС СЭвенигород,1989,1990,19933, на Международной конференции по математическому моделированию и прикладной математике (Москва,19903, на Европейской конферкнции по УТС и нагреву плазмы САмстердам,19303.
Публикации.
По результатам настоящей работы имеется 7 публикаций, список которых приведен в конце автореферата.
Структура диссертации.
Диссертация состоит из введения, трех глав, заклпчения, списка литературы и приложения, Библиография содержит 48 наименований. В приложении приведено 62 рисунка к главам 1,2,3, Общий объем работы 130 страниц.
