Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Альтернативность исследований по УТР обеспечивает более высокую надежность в достижении актуальной цели - овладение новым источником энергии. Общепризнаны потенциальные преимущества амбиполярных открытых ловушек: большие р (отношение давления плазмы к давлению магнитного поля), стационарность работы, прямое преобразование энергии. Только по мере роста параметров плазмы в эксперименте (сейчас параметры плазмы в токамаках вне конкуренции) на пути к реактору могут быть получены ответы на вопрос о реализуемости этих преимуществ. Современное состояіше теории и эксперимента на открытых ловушках позволяют с оптимизмом продвигаться по этому, как показывает опыт, тяжелому пути к УТР.
В настоящее время очень актульна проблема экологической чистоты энергетики. С этой точки зрения, традиционная схема УТР с использованием дейтерия и трития и получением нейтронов мало привлекательна. Сейчас интенсивно обсуждаются малорадиактивные схемы УТР (например,D-3He). Для такой УТР
необходима ловуїлка с качественно лучшими параметрами, чем токамак. Можно надеяться, что именно на пути альтернативных исследований будет получен малорадиактивный термоядерный синтез.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ. В диссертации исследуется один из главных компонентов амбиполярных ловушек - стабилизирующий магнитный элемент (СЭ). Как показывает история развития физики высокотемпературной плазмы, надежное обеспечение магнитногидродинамической (МГД) устойчивости в открытых ловушках, также как и в других системах магнитного удержания, является важнейшим условием успешной работы плазменной установки. Стабилизирующий элемент отвечает только за МГД устойчивость всей амбиполярной ловушки. СЭ состоит, как правило, из отдельных ловушек. Специализация этих ловушек, связанная с обеспечением устойчивости, привела к качественно новому подходу к их разработке. Если раньше перспективность отдельной ловушки оценивалась с позиций создания реактора на ее базе, то сейчас определяющим стало выполнение ею узких специальных функций в составе комплексной амбиполярной открытой ловушки. Это привело,с одной стороны, к восстановлению интереса к бывшим бесперспективным магнитным конфигурациям. С другой стороны, началось интенсивное изобретение новых СЭ. Это в значительной мере стимулировало настоящую работу.
Сейчас предложено уже большое число СЭ, что поставило задачу их классификации. В диссертации поставлена цель экспериментально и теоретически изучить основные типы СЭ, которые отражают все характерные свойства, положвшше в настоящей работе в основу классификации стабилизирующих элементов (осевые - внеосевые, аксиально симметричные -аксиально несимметричные, ортогональные - неортогональные, проходные - концевые, с абсолютным min В - с средним min В). В диссертации изучались три перспективных класса СЭ: аксиально несимметричный СЭ с абсолютным min В бейсбольного типа, ортогональный СЭ, аксиально симметричный СЭ с абсолютным min В типа касп. В работе не ставилась задача определить абсолютно наилучший СЭ. По нашему мнению это
невозможно, так как каждый СЭ имеет положительные и отрицательные стороны, которые начинают превалировать в зависимости от конкретных задач и условий. Наша цель состояла в экспериментальном и теоретическом изучении самих этих сторон.
При изучении СЭ ставилась задача исследовать не только общие характеристики и параметри плазмы, но и особенности, связанные, во-первых, с появлением различных групп частиц одного сорта (например, электронов) и, во-вторых, с определяющей ролью пространственного распределения потенциала плазмы в удержании частиц и энергии.
Одной из важных задач исследования СЭ являлось получение в опытах высоких параметров плазмы, в частности, электретшой температуры. Это достигалось использованием мощного микроволнового нагрева в условиях электронного циклотронного резонанса (ЭЦР). Весь обширный круг задач,связанный с ЭЦР в неоднородных магнитных полях с экстремумом в открытых ловушках, рассматривается в диссертации.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Перечислим наиболее важные впервые полученные результаты:
I.Предложен СЭ типа касп с горячими электронами и экспериментально доказана возможность получения в нем долгоживущей электронно горячей плазмы с большой р.
2.Получена общая система уравнений равновесия вложенных открытых ловушек.
3.Показано сохранение ортогональности в параксиальном приближении при коночном р и получено уравнение ортогональности октупольной ловушки.
4.Указана принципиальная возможность создания ортогонального СЭ для изотрогаюй плазмы, встраиваемого в однородное магнитное поле.
5.Экспериментально исследована природа нагрева и удержания электронов в СЭ бейсбольного типа при продольном вводе микроволновой мощности на первой гармоника электронной циклотронной частоты.
G.Проанализировано.поглощение электромагнитной волны при ЭЦР на высоких гармониках возле экстремума магнитного поля.