Введение к работе
І. . Актуальность работы.
Понимание механизмов транспорта в плазме очень важно с точки зрения увеличения времени удержания термоядерной плазмы без увеличения размеров реактора. Множество экспериментов в рамках программы термоядерного синтеза было посвящено этой проблеме.
Экспериментально доказано, что радиальные коэффициенты переноса в высокотемпературной плазме превышают коэффициенты, полученные при классическом и неоклассическом рассмотрении переноса, основанном на парных кулоновских взаимодействиях. Одной из главных причин аномального переноса называют высокий уровень мелкомасштабных флуктуации плазмы. Хотя эксперименты по исследованию турбулентности плазмы ведутся уже более 30 лет, лишь сравнительно недавно наметился прорыв в понимании ее природы и движущих сил. Во многом это стало возможным благодаря развитию новых многоканальных методов диагностики флуктуации плазмы таких, как Beam Emission Spectroscopy (BES) [1] и корреляционная рефлектометрия [2—7].
В настоящий момент исследования турбулентности плазмы подошли к тому рубежу, когда для понимания ее движущих сил, природы и особенностей необходимы более скрупулезные исследования, более сложные методы для обработки и правильной интерпретации экспериментальных данных. Уже недостаточно ограничиться детектированием амплитуды колебаний и Фурье-разложением сигнала. Необходимы методы, позволяющие исследовать тонкую структуру
^,. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА
СПетеДОГ 4 / J
О» Wng»t/ {
турбулентности. Понятно, что получаемая из измерений картина турбулентности есть сумма нескольких, или, скорее всего многих, колебательных процессов в плазме. В плазме, как в системе со многими степенями свободы, и, следовательно, со многими собственными частотами, находящейся в поле нескольких сил, может возбуждаться множество типов колебаний, различающихся по своим свойствам. Какие неустойчивости в плазме приводят к возникновению тех или иных возмущений ее концентрации? Как наблюдаемые в эксперименте различные типы флуктуации отделить одни от других? Какие из них и на что влияют? На эти вопросы пока еще не даны исчерпывающие ответы.
Данная работа посвящена исследованию структуры флуктуации в плазме токамака, идентификации отдельных типов флуктуации и исследованию их свойств с помощью многоканальных корреляционных диагностик плазмы: рефлектометрии и зондов Ленгмюра. Цели работы.
Разработка методик для исследования флуктуации плазмы многоканальными диагностиками.
Определение границ применимости корреляционных диагностик для измерения флуктуации плазмы.
Идентификация различных типов флуктуации электронной плотности для структурированного описания различных турбулентных состояний плазмы в токамаках Т-10 и TEXTOR
Экспериментальное сравнение возможностей двух диагностик для измерения флуктуации: корреляционного рефлектометра и многоштырькового зонда Ленгмюра (МЗЛ) на Т-10.
На защиту выносятся следующие, содержащие научную новизну, результаты.
-
Разработаны методики для определения пространственной структуры и временной эволюции турбулентности плотности плазмы.
-
На основании разработанных методик в горячей плазме токамака идентифицированы 5 типов флуктуации электронной плотности плазмы: LF мода, две когерентных моды НЧКК и ВЧКК, broad band, и регулярные колебания с т=0 и характерными частотами 15-кЗО кГц.
-
Впервые в двумерной геометрии с реальными граничными условиями с помощью полноволнового —^численного моделирования распространения э/м волн доказана хорошая радиальная и полоидальная локальность рефлектометрии, согласующаяся с экспериментами и аналитическими.
-
Показано, хорошее согласие, как на качественном, так и на количественном уровне, результатов измерений двух принципиально разных диагностик плазменных флуктуации — рефлектометра и зондов Ленгмюра — при отражении зондирующей волны рефлектометра вблизи радиуса расположения зондов (гс « rz).
Практическая значимость работы.
Результаты, полученные при выполнении данной работы, важны для правильной интерпретации экспериментальных данных, полученных из многоканальных измерений флуктуации. Следует особо подчеркнуть важность ID и 2D численного моделирования эксперимента для такой интерпретации.
Идентифицированные 4 основных типа флуктуации для горячей плазмы (г/а<1) — НЧКК, ВЧКК, broad band и LF — удовлетворительно описывают турбулентные состояния плазмы, как в омических разрядах, так и в разрядах с дополнительным нагревом.
Обнаруженные регулярные флуктуации с тл=0 и характерными частотами 15-т-ЗО кГц хорошо согласуются с теорией самоограничения турбулентности на нелинейной стадии путем генерации шировых течений и могут стать важным аспектом для понимания физики турбулентного переноса.
Результаты измерения вращения турбулентности, показывают, что флуктуации внутри поверхности, где q=2 (r
Развитые на Т-10 методики корреляционных измерений флуктуации плазмы были успешно применены на токамаке TEXTOR (Forschungszentrum, Juelich, ФРГ) для измерений многоканальным рефлектометром, как в омических режимах, так и в режимах с дополнительным нагревом плазмы пучками нейтральных атомов и ИЦН.
Апробация работы.
Результаты, изложенные выданной работе, были представлены на международных и всероссийских конференциях, в том числе:
XV Конференция МАГАТЭ по Энергии Синтеза, 1994, Севилья, Испания;
XXI Европейская Конференция по Физике Плазмы и УТС, 1994, Монпелье, Франция;
-
Европейская Конференция по Физике Плазмы и УТС, 1996, Киев, Украина;
-
Европейская Конференция по Физике Плазмы и УТС, 1997, Бертесгаден, Германия;
XVII Конференция МАГАТЭ по Энергии Синтеза, 1998, Йокогама, Япония;
XXVIII Европейская Конференция по Физике Плазмы и УТС, 2001, Мадейра, Португалия;
XXX Европейская Конференция по Физике Плазмы и УТС, 2003, С-Питербург, Российская Федерация
Всероссийские конференции по Физике Плазмы и УТС, 1996- 2004, Звенигород, Россия. Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 15 научных работ. Список работ приведен в конце автореферата. Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, десяти глав и заключения. Работа содержит 90 страниц машинописного текста, 47 рисунков. Список литературы включает 59 наименований.
