В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 12
Проект W-7X (Германия))
1980 г. - начало разговоров
08.1990 - начало проектирования
2014 – инженерный запуск
2015 – первая плазма
50 сверхпров. катушек, стационарный режим, расчетная величина β до 9%, оптимизация неоклассических потерь, хорошие магнитные поверхности, МГД устойчивость, уменьшение потерь быстрых частиц.
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 12
Работы попроекту W-7XX
Монтаж первой (из пяти) секции магнитной системы в криостат (2010)
Stellarator News, № 125, April 2010
Лето 2013 г.: ведётся сборка вакуумной камеры и криостата
Stellarator News, № 140, April 2013
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 12
Скейлинг τE – сравнениес токамакамимаками
Общий скейлинг для токамаков (синий цвет) и стеллараторов (чёрный цвет)
Stellarator News No.92, May 2004
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 12
Пинчсобращённым полемем
(Reversed Field Pinch)
RFP – система с относительно слабым внешним магнитным полем и сильным плазменным током. Работа соответствует режиму q << 1.
Отличие от токамаков в том, что в RFP тороидальное поле одного порядка величины с полоидальным и меняет знак на периферии.
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 12
Началоработпо RFP
•Начало 1950-х гг. - идея стабилизированного пинча, много экспериментов.
•Середина 1950-х гг. - эксперименты на установке «Zeta», декларация достижения температуры ~0.5 кэВ (позднее доказано, что нейтроны были не тепловыми, Те~10-30 эВ).
•Установка «Альфа» в СССР - тот же принцип.
•1968 г. (Новосибирская конференция МАГАТЭ): после демонтажа «Zeta» обнаружено, что была и более “спокойная” фаза разряда с Те~ 150 эВ, β до 5%.
Начался поиск теоретического обоснования этих экспериментов.
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 12
Астрофизическая предысторияия RFPRFP
Астрофизика - в 1958 г. работа Woltjer - бессиловая конфигурация поля (условие rot B = k B , где k - константа)
То же поле минимизирует энергию по отношению к инварианту:
K0 = ∫A B dV
V
где интегрирование ведется по всему объёму системы и векторный потенциал A задается как rot A = B
Конфигурация оказывается устойчивой, если есть обращение направления поля на периферии плазмы. В цилиндрической геометрии решениями служат Бесселевы функции:
Bz = B0 J0(kr) |
Bθ = B0 J1(kr) |
где z, θ, r - цилиндрические координаты, Bz and Bθ - тороидальная и полоидальная компоненты поля.
В 1974 J.B. Taylor пересмотрел результаты измерений на установке ZETA в одном из режимов и показал, что реализуется именно такая конфигурация.
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 12
Рольплазменного динамоо
•Пинч с обращенным полем (RFP) отличается от других тороидальных схем тем, что плазменный ток обеспечивает и тороидальную, и полоидальную компоненты магнитного поля. В результате образуется магнитная конфигурация с сильным широм, которая МГД-стабильна при маленьких значениях q и большой величине β.
•Тороидальный ток обеспечивается омическим трансформатором. Полоидальный ток возникает спонтанно благодаря механизму плазменного динамо, который возбуждается глобальными резистивными тиринг-модами, резонансными на близкорасположенных магнитных поверхностях в центре разряда, внутри поверхности обращения поля.
•Эта МГД-неустойчивость генерирует когерентные флуктуации скорости плазмы и магнитного поля, которые индуцируют полоидальную ЭДС, которая генерирует и поддерживает распределение тока (эффект “динамо”).
Зависимость q от радиуса для токамака и RFP, показывающая резонансные моды. Для RFP это моды с m = 1 и n > 1/q(0).
Модовый спектр МГД на RFX,
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 12
Механизмплазменного динамоамо
•E||≠ ηJ|| в стандартном RFP
|
|
Eφ (steady induction) |
1.0 |
|
E|| |
|
|
|
E |
|
= ηJ – E |
η |
J |
|
dyn |
|| || |
|
|| |
|
|
|
|
0
Standard RFP
r/a
•J|| > 0 везде (J ||/B=const
вмодели Тейлора)
•Но E || = 0 и даже отрицательно на краю
•Ток возбуждается флуктуациями
Параллельная часть закона Ома
|
|
|
|
˜ |
1 |
˜ ˜ |
|
|
|
ηj|| −E|| = v˜ ×B || − |
en |
j×B || |
|
|
|
|
|
e |
|
МГД динамо |
Холловское |
(одножидкостная |
динамо |
резистивная МГД) |
(двухжидкостная |
|
|
|
|
|
МГД, В.Мирнов) |
