Введение к работе
Актуальность. Интерес к стеллараторам как к стационарным, альтернативным токамакам системам связан с постепенным повышением параметров удерживаемой в них плазмы, с более полным пониманием происходящих в них явлений, что позволяет рассчитывать на реализацию тех преимуществ, которыми они обладают по сравнению с токамаками. Квазисимметричный стелларатор, модуль магнитного поля которого постоянен вдоль некоторого определенного направления на магнитной поверхности, является перспективной тороидальной замкнутой системой. Свойство квазивинтовой симметрии ставит эту систему в один ряд с токамаками з отношении переноса. Квазивинтовой замкнутый стелларатор, открытый Нюренбергом и Цилле в 1988 году, вследствие особой структуры магнитного поля обладает пониженными по сравнению с другими стеллараторными системами неоклассическими переносами, а также большими значениями предельно допустимого по равновесию и устойчивости давления плазмы. Поэтому исследования квазисимметричных стеллараторов имеют большую актуальность. В диссертации определены возможные типы квазисимметричных стеллараторов, отличающиеся числом оборотов эллипса сечения магнитной поверхности относительно главной нормали. Взаимосвязи между параметрами квазисимметричных конфигураций рассмотрены в параксиальном приближении. Определены величины предельного по равновесию и устойчивости давления плазмы в некоторых конкретных квазисимметричных системах. Развит подход к решению задачи об оптимальном по равновесию и устойчивости квазисимметричном стеллараторе.
Цель работы. Целью диссертации является исследование свойств возможных типов квазисимметричных стеллараторов, а также развитие подхода к решению задачи об оптимальном по равновесию и устойчивости квазисимметричном стеллараторе.
Научная новизна.
1. В инвариантном виде получено условие существования квазисимметричных конфигураций, найдено выражение для вектора квазисимметрии, определяющего направление, вдоль которого должен быть постоянен модуль магнитного поля В для существования
интеграла дрейфового движения.
2. Получено явное выражение для вторичного тока в
квазисимметричных конфигурациях, установлена связь между
минимизацией вторичных токов и условием квазисимметрии.
3. Найдены уравнения, описывающие взаимосвязь между параметрами
квазисимметричной конфигурации в первом порядке параксиального
приближения - кривизну, кручение магнитной оси, вытянутость
сечения магнитных поверхностей, угол между осью эллипса и главной
нормалью к магнитной оси.
. Показана возможность существования различных типов квазисиммзтричных систем, отличающихся числом проворотов эллипса сечения магнитных поверхностей относительно главной нормали к магнитной оси. Рассмотрена область существования различных квазисимметричных конфигураций для случаев магнитной оси, имеющей форму винтовой линии на круглом и сплющенном опорных торах. 5. Найдены соотношения между квазисимметричными параметрами второго порядка малости по степеням расстояния от магнитной оси. Получено уравнение равновесия квазисимметричной конфигурации, определена зависимость (3 от числа периодов системы, вытянутости сечения магнитных поверхностей и угла "намотки" магнитной оси на круглом опорном торе.
Практическая ценность. Разработан численный код, позволяющий исследовать различные типы квазисимметричных стелларагоров в параксиальном приближении, развит "подход к решению задачи об оптимальном по равновесию и устойчивости квазисимметричном стеллараторе.
Апробация. Результаты, работы докладывались на семинарах отдела теории плазмы Института Ядерного Синтеза .РНЦ "Курчатовский Институт", на 8 Международной конференции по стелларатороам (Харьков, 1991г.), на 3 Международной школе по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу (Санкт-Петербург, 1993г.) на Конференции по физике плазмы и УГС (Москва, 1994г.). Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и имеет объем 118 страниц, включая 6 рисунков. Список цитируемой литературы включает 104 работы.
