Введение к работе
1. Актуальность темы. При исследовании плазмы- низкой плотности (в диапазоне 10 -10 см~ ) томсоновское рассеяние является единственной диагностикой, позволяющей получать достоверную информацию об электронной температуре. Однако, в этих условиях она вынуждена работать при малых сигналах, что существенно снижает точность измерений, которая зачастую оказывается- недостаточной для решения поставленных задач. Для повышения точности измерений обычно шли по пути увеличения энергии излучения зондирующего лазера и/или повышения чувствительности регистрирующей аппаратуры. Прогресс в первом направлении сильно сдерживается естественным ограничением пределом лучевой стойкости элементов оптического тракта. Энергия лазерного импульса с самых первых экспериментов находилась вблизи уровня максимальной лучевой нагрузки на оптические элементы и поэтому не могла быть существенно увеличена. В основном развитие томсоновской диагностики шло по второму направлению, где за счет использования новых технологических разработок удалось существенно увеличить чувствительность методики. В настоящее время в лучших образцах аппаратуры она близка к предельно возможной.
В диссертационной работе предлагается новое направление развития, томсоновской диагностики, в основу которого положены принципы многопроходного и внутрирезонаторного зондирования плазмы. Реализация этих принципов позволила не только на порядок повысить точность измерений электронной температуры, но и простыми средствами .обеспечить для зондирующего лазера режим многоимпульсной генерации с высокой частотой следования лазерных импульсов. Последний оказался незаменимым при исследовании быстрых переходных процессов в плазме. Проведенные в диссертации исследования доказывают, что томсоновская диагностика имеет резервы для кардинального повышения своей чувствительности. Это открывает новые области для ее применения в физическом эксперименте и позволяет ставить перед ней новые задачи.
Цель работы. Развитие метода томсоновскогс рассеяния с целью кардинального повышения точности измерений электронной температуры и расширения возможностей диагностики,: Использование развитой методики в исследованиях динамихи ЭЦН на токамаке ФТ-1.
Научная новизна. D диссертационной работе разработана новая схема томсоновской диагностики плазмы, основанная на лазерном внутрирезонаторном и многопроходном зондировании плазмы. На ключевой элемент этой схемы - оптическую многопроходную систему -получено а'торское свидетельство. Разработанная методика была использована для исследования динамики ЭЦН на токамаке ФТ-1, где с ее помощью измерены эволюция профилей электронной температуры при ЭЦН и профили поглощения СВЧ мощности в плазме.
Практическая значимость работы. Разработанная в диссертации новая схема томсонсвской диагностики обеспечивает значительное (на порядок величины) повышение точности измерения электронной температуры плазмы в отдельном лазерном импульсе. Кроме того, эта схема позволяет перевести зондирующий лазер в режим многоимпульсной генерации с высокой частотой следования лазерных импульсоз. Это существенно расширяет область применения диагностики - позволяет использовать ее для измерений температуры на периферии плазмы и для исследования быстрых переходных процессов. В результате экспериментов на ФТ-1 получены данные о динамике электронной температуры и профили поглощения СВЧ мощности в плазме, необходимые для выяснения причин ухудшения удержания при ЭЦН.
Основные положения, выносимые на защиту.
1) Разработка принципиально новой схемы томсоновского рассеяния, основанной на многопроходном и внутрирезонаторном лазерном зондировании плазмы, обеспечивающей значительное (на порядок величины) повышение точности измерения электронной температуры в одном лазерном импульсе.
2) Разработка оптической схемы многоимпульсного зондирующего
лазера, совместимого с многопроходной системой, обеспечивающего
многократное измерение электронной температуры в течение одного
импульса СВЧ нагрева длительностью 1-2 мс.
-
Проведение экспериментального исследования динамики ЭЦН плазмы на токамаке ФТ-1. Измерения яволюции профилей электронной температуры при различных способах ввода СВЧ излучения.
-
Измерение с помощью томсоновской диагностики профилей поглощения СВЧ мощности в плазме при различных способах ее ввода.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Всесоюзных совещаниях по диагностике высокотемпературной плазмы (Алушта (1986), Минск (1990)), Международном симпозиуме по лазерной диагностике плазмы (США, 1993), на симпозиуме по нагреву плазмы в тороидальных установках (Рим, 1984), на Европейских конференциях по управляемому термоядерному синтезу и нагреву плазмы (Лахен, (1984), Мадрид (1987), Дубровник (1988), Амстердам (1990), Инсбрук (1992)), на Международной конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу (Лондон, 1984).
По материалам диссертации опубликовано 15 работ и получено авторское свидетельство на изобретение.
Структура и объём диссертации. Диссертация содержит введение, четыре главы и заключение. В диссертации 77 страниц машинописного текста, 35 рисунков я список литературы, включающий 79 наименований..
