Влияние плазмы на излучение гиротрона при электронно-циклотронном нагреве плазмы в стеллараторе Л-2М

• Автор: Кончеков, Евгений Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 61 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Обзор экспериментальных и теоретических работ в области изучения
влияния плазмы на излучение гиротрона
Глава 2. Влияние отражения от низкочастотных турбулентных пульсаций плотности плазмы на модуляцию излучения диодного гиротрона
2.1 Описание экспериментальной установки
2.2 Анализ экспериментальных данных
Выводы к Главе
Глава 3. Влияние отражения от низкочастотных турбулентных пульсаций плотности плазмы на модуляцию излучения диодного гиротрона с рекуперациейЗ
3.1 Описание экспериментальной установки
3.2 Анализ экспериментальных данных
Выводы к Главе
Глава 4. Моделирование влияния на гиротрон отражения от плазмы
Выводы к Г лаве
Заключение
Список использованных источников
Введение
Актуальность темы
Данная работа является важной для современных энергетических установках с магнитным удержанием плазмы — токамаков и стеллараторов. В этих установках для создания и нагрева плазмы до термоядерных температур с помощью электронно-циклотронного резонансного (ЭЦР) метода используются СВЧ генераторы большой мощности — гиротроны. Для транспортировки и фокусировки излучения гиротрона используются квазиоптические тракты длиной от нескольких до сотен метров. Например, в стеллараторах Л-2М (Россия) и Т1-П (Испания) длина тракта составляет 5—10 метров, ЬНО (Япония) — 120 метров.
До недавнего времени считалось, что использование квазиоптических систем не позволяет отраженным сигналам попадать в гиротрон и влиять на его характеристики. Однако, как показали эксперименты, проведенные ранее на стеллараторах Л-2М (ИОФ РАН, Москва) [1] и ТЛИ (СШМАТ, Мадрид, Испания) [2,3], в таких системах наблюдается малое отражение (-10"4) от флуктуирующей нагрузки (плазмы, металлической мембраны), которое может оказывать существенное влияние на излучение гиротрона. Например, отраженные волны при попадании в гиротрон могут приводить к искажению формы и/или поляризации вводимого в плазму гауссова пучка [4], что может повлиять на эффективность ЭЦР нагрева. Влияние отраженного сигнала на гиротрон также может оказаться важным для диагностик Томсоновского и коллективного рассеяния [5], т.к. в них предъявляются жесткие требования к стабильности частоты генерации гиротрона и к независимости характеристик излучения от рабочей нагрузки.
В связи с вышеизложенным, изучение влияния отраженных сигналов, определяемых низкочастотными флуктуациями плотности плазмы, на генерацию излучения гиротрона является актуальным для решения задач электронно-циклотронного нагрева и диагностики для управляемого термоядерного синтеза

Целью настоящей работы является экспериментальное изучение влияния отраженного от плазмы излучения на модуляцию мощности излучения гиротрона.
Для этого были решены следующие задачи:
— Обработка данных экспериментов с 2004 г. до 2006г, проведенных на стел-лараторе Л-2М в режиме ЭЦР нагрева плазмы диодным гиротроном (комплекс для ЭЦР нагрева МИГ-2). Проведение численного спектрального и корреляционного анализа сигналов мощности гиротрона и длинноволновых флуктуаций по данным диагностики малоуглового рассеяния [6].
— Постановка эксперимента (ЭЦР нагрев комплексом МИГ-3) по исследованию влияния на параметры генерации диодного гиротрона с рекуперацией отражения от коротковолновых флуктуаций плотности плазмы. Проведение численного спектрального и корреляционного анализа сигналов мощности гиротрона и коротковолновых флуктуаций по данным диагностики обратного рассеяния [6].
— Проведение модельного эксперимента и анализ результатов для изучения возможных механизмов влияния отражения на параметры генерации гиротрона при отражении от металлической пластины (ЭЦР комплекс стелларатора ЛГ-П, СШМАТ).
Научная новизна исследований, проведенных в диссертационной работе, состоит в следующем:
1. Во всех исследованных режимах разряда в стеллараторе Л-2М установлена модуляция мощности излучения как диодного, так и диодного с рекуперацией гиротронов под влиянием отражения от низкочастотных флуктуаций плотности плазмы. Особенности модуляции отличаются для гиротронов разных типов и зависят от спектров плазменных флуктуаций.
1.1. В двух режимах разряда в стеллараторе Л-2М (со стандартной конфигурацией магнитного поля и с топологически неустойчивой) установлено изменение интенсивности излучения диодного гиротрона (комплекс МИГ-2), которое коррелирует с появлением 20 кГц гармоник [7, 8,9,10,11,12,13].

Для измерения коротковолновых флуктуаций плазменного шнура использовалась диагностика обратного рассеяния излучения гиротрона [18]. Диагностика является одной из модификаций диагностик коллективного рассеяния [65], в которой также в качестве зондирующего СВЧ пучка используется часть излучения гиротрон, а именно, расщепленная на границе плазмы обыкновенная волна (как при малоугловом рассеянии). Эта диагностика позволяет измерять флуктуации плотности плазмы с характерными пространственными масштабами около 2 мм, Интенсивность флуктуаций суммируется по радиусу плазмы (диагностика не является локальной). На рис. 20 показан детектор (6), который регистрирует сигнал обратного рассеяния, пропорциональный коротковолновым флуктуациям плотности плазмы.
СЕЧЕНИЕ
ВАКУУМНОЙ
КАМЕРЫ
РАСС С ЯМНОЇ ИЗЛУЧЕНИЕ
ОПОРНЫЙ
ПУЧОК
СЕЧЕНИЕ ПЛАЗМЕННОГО ШНУРА
Рис.20. Схема регистрации излучения гиротрона и обратного рассеяния от тазмы в стеллараторе Л-2М. Конструкция квазиоптического ответвителя: 1) Слюдяная пластина; 2) поглотитель; 3) коллиматор излучения; 4) поляризационная сетка; 5) детектор мощности излучения гиротрона; 6) детектор рассеянного излучения.