Введение к работе
Акту.альность_темн. Настоящий этап в развитии термоядерной программы характеризуется созданием крупных дорогостоящих установок с целью получения параметров плазмы, близких к реакторным. В связи с этим резко повышается актуальность исследований, позволяющих аналитически и численно изучить как параметры этих установок с учбтом их технических особенностей, так и динамику нагрева и чпереноса в них плазмы с целью интерпретации результатов эксперимента и прогнозирования сеойств будущих систем для удержания высокотемпературной плазмы с необходимыми параметрами.
Создание современных стеллараторов и торсатронов .СЛ1, Л2], представляющих собой альтернативу установкам типа токамак, требует детального исследования их магнитных конфигураций," изучения причин образования и разработки методов подавления островных структур, которые могут оказывать сильное влияние на удержание плазмы.
Интерпретация эксперимента в торсатронах требует построения моделей, адекватных физике удержания плазмы при учбте основных физических механизмов переноса плазмы, включая процессы на нейтральных атомах. Точное описание нейтрального газа требуется также для интерпретации результатов измерений корпускулярной диагностики.
Шль_И_задачи_рабдты. В работе '^численным моделированием исследуются магнитные конфигурации торсатронов У-2Н (Ураган-2М), У-4 (Ураган-4) и CAT (Compact Auburn Torsatron) с учбтом факторов ранее не учитывавшихся, либо учитывавшихся в недостаточной степени. К их числу относится точный учбт геометрии каждого винтового проводника, а также учбт геометрии токоподводящих проводников и разъбмов винтовой обмотки. В связи с наличием крупных островных структур в У-2М и У-4 возникла рассмотренная в диссертации задача подавления магнитных островов в двухзаходном торсатроне с дополнительным тороидальным полем.
С целью интерпретации результатов эксперимента проведено моделирование баланса частиц к энергии в торсатроне У-3 '"^яган-З) на активной стадии разряда при ВЧ-нагреве плазмы
ионной циклотронной волной. Подробно изучен перенос нейтральных атомов в плазме, что имеет отношение не только к задачам переноса плазмы, но и к интерпретации результатов измерений энергетического спектра атомов, выходящих из плазмы.
Нау_чная_нощзна_и_Пактаческая_ценность. Основные задачи, рассмотренные в диссертации, возникли в связи с проектированием торсатронов У-2М и У-4 и интерпретацией результатов эксперимента в торсатроне У-3. В работе показано, что магнитная конфигурация, угол вращательного преобразования и величина магнитной ямы в торсатронах - могут сильно изменяться в зависимости от способов укладки отдельных проводников винтовой обмотки. Проведенное исследование стало возможным благодаря созданию численного кода для расчёта магнитных конфигураций, позволяющего более точно, чем ранее созданные, учитывать геометрию винтовых проводников и легко приспосабливаемого к особенностям конструкции конкретных 'стеллараторов и торсатронов. На примере торсатронов с малым числом проЕодников винтовой обмотки (У-2М, У-4) показано сильное воздействие возмущений, вносимых разъёмами винтовых проводников и токоподводами, на магнитную конфигурацию.
Предложенный способ вычисления токов в кольцах вертикального поля с целью подавления магнитных островов в двухзаходном торсатроне с дополнительным тороидальным полем позволяет существенно улучшить магнитную конфигурацию. Важной особенностью этого способа является то, что он не связан с изменением положения,, геометрии и количества проводников. Это делает возможным его применение для изготовленных и уже действующих установок.
Проведенное моделирование баланса частиц и энергии в У-3 при совместном использовании транспортного кода и численного кода для расчёта профилей энерговыделения существенно уточняет представления о величине поглощаемой плазмой мощности, о временах жизни частииц и энергии, об аномальном переносе плазмы.
Работа также служит дальнейшему развитию представлении физики переноса нейтральных атомов в плазме. Впервые из трехмерного кинетического уравнения численно найдена функция распределения атомов (ФРА), исследовано еб отличие от максвелловской функции распределения. Акцент делается на более
точное, чем в ранее выполненных работах, вычисление ФРА и плотности атомов.
0сноЕНЫ9_пдложенияЛ_вындсимые на_запщту_.
-
Результаты расчетов магнитной конфигурации торсатронов У-2М, У-4 и САГ с учбтом особенностей геометріш магнитной системы.
-
Способ вычисления токов в кольцах вертикального поля с целью подавления магнитных островов в двухзаходном торсатроне с дополнительным тороидальным полем.
-
Результаты моделирования баланса частиц и энергии в торсатроне Ураган-3 на активной стадии разряда при ВЧ-нагревэ плазмы ионной циклотронной волной.
-
Полученная численным решением трЭхмерного кинетического уравнения функция распределения нейтральных атомов в плазме." .
Апр^бация_работы_и_щбликации. По теме диссертации'опубликовано 13 работ. Основные результаты работы докладывались на XVIII Европейской конференции по УТС и физике плазмы (Берлин, 1991 г.), на XX Международной конференции по ионизованным газам (Пиза, 1991 г.), на VIII Международном совещании по стеллараторам (Харьков, 1991 г.), на советско-а\!ернк2нс*:с:.і совещании по стеллараторам . (Москва, 1937 г.), на советско-западногерманском совещании по стеллараторам (Харьков, 1990 г.), на советско-американском совещании по стеллараторам (Харьков, 1990 г.), на IV и V Всесоюзных конференциях по инженерным проблемам термоядерных реакторов (Ленинград, 1988 г. 'и 1990 г.), на Всесоюзных конференциях по физике плазмы и УТС (Звенигород, 1987 - 1991 гг.), на межотраслевом совещании по вычислительной физике плазмы (Сухуми, 1988 г.).
Ст^уктура_и_объ6м_диссертации. диссертация состоит из введения, четырбх глав, заключения и приложений. Общий объем диссертации составляет 136 страниц, включая 56 рисунков, 2 таблицы и список литературы из 82 наименований.
