В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 11

Пилообразные колебания - томографияография

Рентгеновское излучение - TCV (томография 200 каналов)

В этом месте на лекции демонстрировался видеоролик, показывающий пилообразные колебания на токамаке

TCV – файл saw_anim_19090.avi

В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 11

Пересоединениесиловых линийиний

Тиринг-мода (tearing-mode): следствие конечной проводимости плазмы

грубая схема (идеальные токи без плазмы)

В

j

●при перезамыкании вблизи Х-точек происходит генерация быстрых частиц (индуцирование большой локальной плотности тока)

●важна конечная проводимость плазмы

В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 11

«Магнитныеострова» в плазмеазме

Магнитные острова могут появляться в плазме либо из-за особенностей магнитной системы установки, либо в результате развития плазменных неустойчивостей (особенно резонансных тиринг-мод - см. рисунок). Наличие в плазме магнитных островов эффективно увеличивает коэффициенты переноса.

← Б.Б.Кадомцев, 1970е гг.

ITER Physics Basis, 1998 →

Тиринг-модына TCVВ.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 11

томографическая реконструкция по данным рентгеновских измерений

В этом месте на лекции демонстрировался видеоролик, показывающий вращение тиринг-моды на токамаке TCV –

файл mode_anim_14386.avi

В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 11

Предельнаяплотность плазмызмы

● существует максимальная плотность плазмы, при которой разряд горит устойчиво (предел Гринвальда)

n	m	~ I	[MA]	/(π a2	)	[1014 см-3]
				[м]

при превышении предела периферия становится слишком холодной, токовый канал сужается и при q = 2 начинается фатальный рост тиринг-моды m/n = 2/1

● предел Мураками-Хагилла - ограничение из-за возникновения срыва

ne ~ 2/q·B/R [1020 м-3, м, Т]

формула та же, если за ток принять его предел по Шафранову-Крускалу

диаграмма Хагилла ->	JT-60, JT-60U

Для любопытных (не для экзамена): Предельно достижимая плотность больше, если для подпитки плазмы веществом используется инжекция криогенных крупинок (испарение в центре плазмы, а не на периферии)

В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 11

МГДпределподавлению плазмыазмы

Области стабильности (результаты разных установок)

● в идеальной МГД теории плазма стабильна, если ее давление

не превышает т.н. Troyon limit βN~ 3.5, где βN (“нормализованное бета”)

βN = β[%] / IN = β[%] / (I[МА] / (a[м] B[Tл])) ~ 3.5

● предельные значения βN достигаются в нестационарных условиях, т.е. давление плазмы постоянно растет до появления МГД активности, разрушающей плазму ● «мягкий» (ухудшение удержания) и «жесткий» (срыв) предел по давлению

В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 11

Ограничениерабочейобласти параметровраметров

*стартовая фаза: обеспечение устойчивого роста до фазы постоянного тока

*фаза прекращения разряда: безопасное уменьшение энергии плазменного столба

*опасности: резистивные тиринг-моды на рациональных поверхностях m/n

*способ управления: контролируемая скорость нарастания/спада плазменного тока

(меньшие dI/dt приводят к увеличению внутренней индуктивности плазмы, т.е.

к пикированию тока в центре, большие dI/dt приводят к уменьшению индуктивности, т.е. к протеканию тока по периферии)

JET - срывы на стадии подъема тока

Сценарий разряда в ITER

область безопасной работы

СрывывтокамакахВ.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 11

•явления, по внешним проявлениям схожие с пилообразными колебаниями, но гораздо более масштабные (до катастрофических);

•очень серьезная проблема для реактора и больших токамаков (при срыве возникают большие механические нагрузки на камеру;

•генерируются мощные пучки релятивистских электронов.

1	2		Фазы срыва:
	JET	1.	сброс энергии на стенку;
		2.	коллапс тока и генерация
			быстрых частиц

● Вероятность срыва - от 1% в «надежных» режимах

до 100% в опасных (наиболее физически интересных)

● Среднее для JET = 9.6%

В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 11

Финальнаяфазасрыва (Alcatortor--CC))

стрелками показана проекция направления тока, сам ток течёт вдоль силовых линий

В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 11

Современныетокамаки

В крупных современных токамаках есть существенные физические и технические отличия от первых поколений этих установок.

•снижение потока примесей со стенки (материалы, вакуум)

•активное управление формой и равновесием плазмы;

•диверторная конфигурация магнитного поля;

•системы дополнительного нагрева;

•режимы с неиндукционным поддержанием тока;

•режимы с улучшенным удержанием;

•работа с дейтерий-тритиевой плазмой (только токамаки JET и TFTR).

Врезультате токамаки первыми из систем с магнитным удержанием плазмы подошли к получению термоядерной энергии

В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 11

Переходкплазменекруглого сечениясечения

В современном токамаке плазма обычно D-образного сечения

TCV

Улучшенное удержание объясняется тем, что частица больше времени проводит в области благоприятной кривизны силовых линий со стороны сильного поля (стабилизирующий эффект). Впервые экспериментальные результаты с плазмой вытянутого сечения получены на токамаке Т-8 (КИАЭ, теория предложена в 1972 г.).

Параметры:

● вытянутость

● треугольность