Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

08.05.2013 / 08 Бурдаков

.pdf
Скачиваний:
16
Добавлен:
27.03.2016
Размер:
3.68 Mб
Скачать

Исследования по удержанию и нагреву плазмы в открытых магнитных конфигурациях в ИЯФ СО РАН

А.В.Бурдаков

Институт ядерной физики им.Г.И.Будкера СО РАН

МногопробочнаяловушкаГОЛ 33

Электронный пучок

Магнитное поле

Плазма

энергия 0.5 ÷ 0.8 МэВ

многопробочное

плотность 1013 ÷ 1016 см-3

ток ~30 кА

Bmax / Bmin = 4.8 / 3.2 Тл

температура Te Ti ~ 2 кэВ

длительность ~10 мкс

52 периода гофрировки

время жизни до 1 мс

Общая картина нагрева и удержания

Передача энергии от электронного пучка в плазму идет за счет коллективного взаимодействия и происходит очень эффективно

Развитие в плазме турбулентности во время инжекции пучка приводит к увеличению скорости рассеяния электронов и подавлению продольной электронной теплопроводности

В результате электронная температура плазмы достигает 2-4 кэВ

После окончания инжекции эффект подавления теплопроводности исчезает

Неоднородный продольный профиль температуры (давления)

электронов приводит к возникновению встречных потоков плазмы в ячейках, при столкновении которых происходит их термализация и нагрев ионов до высокой температуры

Возбуждение баунс-колебаний ионов в отдельных ячейках приводит к

дополнительному рассеянию пролетных ионов и уменьшению скорости продольных потерь

НаправленияработГОЛ 3 в20122012 гг..

Исследования по физике пучков в плазме

исследование генерации суб-ТГц излучения плазмы (с ЛПИМТИ НГУ)эксперименты с длинноимпульсным электронным пучком (~10 МВт, ≥100 мкс)

Продвижение к термоядерной энергетике

-работы в поддержку открытой ловушки нового поколения в ИЯФиспытания конструкционных материалов для будущего т/я реактора

Развитие экспериментальной техники и технологий

-электронные пучки ~100 кэВ, 10÷100 МВт, длительностью ~1 мс

-атомарные пучки для ГОЛ-3 (1÷1,5 МВт, длительностью ~1 мс, совм. с Лаб. 9)

-новая быстрая электроника для систем регистрации (работа сект. 9-15)

-новые и улучшенные методики измерения параметров плазмы

Чтопроисходитспучкомвплазмеплазме??

Результаты 2-D численного моделирования

(И. В. Тимофеев)

Электронный пучок бесконечно длинный, это не банч !!!

шаг по времени ~500 пс

j ~ 1 кА/см2, ne ~ 1021 м-3

концентрация электронов

продольный импульс

поперечный импульс

1 мм

продольная координата, пучок летит туда →

Суб ТГцизлучениеплазмымы

Физика: откуда берётся это излучение?

Ленгмюровские колебания = сильные ВЧ электрические поля в плазме.

Нелинейная стадия ленгмюровской турбулентности → излучение.

Характерные частоты: первая и вторая гармоники плазменной частоты,

f p =

ωp

= 9 103

ne [Гц, см-3]; для условий ГОЛ-3 частота ~ 0.1÷1 ТГц.

 

 

2π

 

Научные задачи:

-астрофизика (природа солнечных вспышек III типа)

-перестраиваемые генераторы терагерцового диапазона

-диагностика плазмы (как индикатор ленгмюровской турбулентности)

Суб ТГц: механизмыгенерациирации

Механизмы генерации (приведены два из многих)

а) конверсия плазмона в фотон на

l

δn

t

~ ωP

флуктуациях плотности или ионно-

 

 

звуковых колебаниях

 

 

 

 

 

б) аннигиляция двух плазмонов в фотон

l1

 

t

~ 2

ωP

l2

 

 

 

 

 

 

 

Численное моделирование

I V Timofeev // Phys.Plasmas, 19, 044501 (2012).

 

 

 

 

E

B

 

E || B

 

 

 

 

Суб ТГц: диагностикческаятехникатехника

Состав аппаратуры на сегодня

квазиоптические многоканальные спектральные приборы с детекторами Шоттки;

спектрально-селективные фильтры и поляризаторы на основе многослойных структур, есть комплект фильтров и детекторов на диапазон 75 – 530 ГГц;

система регистрации на АЦП-200МЕ (лаб. 6) и АЦП-12500 (сек. 9-15);

работают: 8-канальный спектрометр + поляриметр + одиночные детекторы;

проведена абсолютная калибровка системы в сборе на стенде в НГУ.

8-канальный спектрометр

характеристики фильтров

мм Суб

 

Каналы

 

регистрации

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

й

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ны

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

на

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х

к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

й4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х

 

 

 

ни

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

й

 

 

В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ж

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

й

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ны

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

на

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Суб ТГЦ: новыерезультатыаты

Интенсивность и спектр сильно зависят от режима работы и точки наблюдения!

«Живые» сигналы

Спектры и поляризация

поляризация вне резонансов

«усы» по серии выстрелов в одном режиме

линейный масштаб

 

вблизи резонанса f = 2ωp/2π

логарифмический масштаб

Длинноимпульсныйпучокчок

Мотивация этих работ

Пучки в плазме = физика турбулентности

Разные масштабы по времени → появление новых физических явлений

Установка ГОЛ-3 : τ ~ 10 мкс; P ~ 20 ГВт; nbeam/nplasma ~ 10-3-10-4

новая физика: подавление продольной теплопроводности, быстрый нагрев ионов, подавление продольного потока частиц, стабилизация магнитным широм → достигнута субтермоядерная температура

Куда двигаться дальше?

С реакторной точки зрения интересна работа в стационарном режиме: использование электронных и атомарных пучков для нагрева плазмы.

Появились новые идеи использования электронных пучков (проект ГДМЛ).

Главное направление: увеличение длительности при снижении мощности

Цель работ на ГОЛ-3: развитие физики и технологии длинноимпульсных электронных пучков с целью: E ~ 100 кэВ, I ~ 1 кА, P ~ 10 ÷ 100 МВт, τ ~ 1 с

2011 год: первые эксперименты с пучком τ > 100 мкс на ГОЛ-3 и ГДЛ.

весна 2012 года: большая серия экспериментов на ГОЛ-3.

Соседние файлы в папке 08.05.2013