Введение к работе
Актуальность темы диссертации. В современном термоядерном эксперименте чрезвычайно важна роль компьютерного моделирования. Это обусловлено возросшей сложностью плазменного эксперимента, требующего детальных предварительных просчетов на стадии подготовки, математической обработки измеряемых экспериментальных данных и корректной интерпретации конечных результатов на основе модельных представлений.
В данной диссертации представлены исследования по численному моделированию, направленные на разработку, обеспечение и интерпретацию экспериментов по электронно-циклотронному нагреву плазмы (ЭЦН) в тороидальных системах, а также на развитие методов микроволновой диагностики плазмы с использованием в той или иной мере эффекта электронно-циклотронного резонанса.
Электромагнитное излучение электронного циклотронного диапазона частот широко используется в настоящее время в установках УТС как с целью нагрева, так и для диагностики плазмы. Использование узких квазиоптических волновых пучков позволяет с учетом тороидальной неоднородности магнитного поля довольно точно локализовать область резонансного взаимодействия излучения с плазмой. Это дает возможность локальной диагностики характеристик электронной компоненты, а при ЭЦ нагреве - возможность управлять профилем энерговклада, что весьма важно для получения режимов с наилучшим энергетическим временем жизни при дополнительном нагреве, а также для подавления различных неустойчивостей путем коррекции профилей электронной температуры и тока. Российские экспериментальные исследования по ЭЦ нагреву занимают лидирующее положение
в мировой науке благодаря отечественным успехам в области разработки и создания мощных генераторов мм диапазона -гиротронов.
Таким образом, круг проблем, исследуемых в диссертации, является весьма важным и актуальным.
Цель работы. Численное моделирование ЭЦ поглощения и излучения ЭМ волн в условиях экспериментов по УТС, выполненное в работе, ставит целью решение следующих задач:
в отношении ЭЦ нагрева плазмы - интерпретация результатов экспериментов, выработка рекомендаций по оптимизации схем ЭЦ нагрева, получение прогностических оценок возможностей планируемых установок;
в отношении диагностики плазмы - оценка пригодности выбранного метода измерений в заданной области параметров плазмы, математическая коррекция измеряемых данных и интерпретация результатов измерений.
Научная новизна диссертационной работы. Внедрен подход трехмерной геометрической оптики в задачах расчета профиля энерговклада при ЭЦ нагреве и спектров ЭЦИ, являющийся особенно плодотворным применительно к малым установкам, в которых размер апертуры СВЧ пучка,со-поставим с масштабом неоднородности плазмы. Развиты модельные представления электронного циклотронного поглощения в тороидальной плазме. Разработан пакет программ, позволяющих выполнять модельные расчеты распространения, ЭЦ поглощения и излучения квазгюитических пучков электромагнитных волн в плазме тороидальных установок, и применительно к конкретным установкам выполнены серии расчетов с учетом реальной геометрии экспериментов и характеристик антенных систем. Результаты выполнен-
ной работы являются дальнейшим продвижением в анализе физической картины ЭЦ поглощения и излучения в установках УТС.
Представленью в диссертации результаты по численному моделированию получены за период 1980-1990 гг.
Научная и практическая значимость. Внедренная в диссертационной работе методика вычисления электронного циклотронного поглощения в тороидальной замагниченной плазме позволила дать интерпретацию ряду экспериментальных результатов по нагреву и диагностике плазмы, указать пути повышения эффективности некоторых методов нагрева и диагностики, определить границы применимости некоторых известных измерительных методик в условиях конкретных установок. Разработанный пакет программ для проведения модельных расчетов может быть с минимальной модификацией использован примененительно к различным тороидальным установкам.
Полученные результаты имеют как практическое, прикладное значение для конкретных экспериментов на конкретных установках, так и общефизический и общеметодический интерес для аналогичного круга задач нагрева и диагностики плазмы.
Апробация работы. Публикации. Материалы, вошедшие в диссертационную работу, обсуждались на семинарах ИПФ РАН, ИОФ РАН. Материалы эти докладывались на Звенигородских конференциях по физике плазмы и УТС (1980 и 1985 гг.), на Международном рабочем совещании по проблеме "Стеллараторы" (Москва, 1981), на Всесоюзном совещании "Высокочастотный нагрев плазмы" (Горький, 1983), на 10-й Конференции МАГАТЭ (Лондон, 1984 г.), на 6-м
Объединенном рабочем совещании по циклотронному излучению и ЭЦ нагреву (Оксфорд, Англия, 1987 г.), на 12-й и 14-й Европейских конференциях по физике плазмы и УТС (Будапешт, Венгрия, 1985 г., Венеция, Италия, 1989 г.), на Совещаниях экспертов МАГАТЭ по проблеме международного токамака-реактора ИТЭР (Гархинг, ФРГ, 1988, 1990 гг.).
Основные результаты диссертации опубликованы в 5 статьях, 1 препринте, в 7 докладах в трудах Международных конференций и совещаний (всего 13 публикаций).
Структура и объем работы: Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Общий объем работы - 178 страниц, рисунков - 39, таблиц - 5, библиография - 132 наименования.
