Магнитогидродинамические возмущения плазмы в омическом режиме сферического токамака Глобус-М

• Автор: Патров, Михаил Иванович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 148 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
НАУЧНАЯ НОВИЗНА
ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА
ГЛАВА 1. МГД УСТОЙЧИВОСТЬ ПЛАЗМЕННОГО ШНУРА ТРАДИЦИОННЫХ И СФЕРИЧЕСКИХ ТОКАМАКОВ
1.1. Предпосылки развития винтовых неустойчивостей
плазменного шнура токамаков
1.2. Основные методы диагностики магнитогидродинамических
возмущений
1.3. С ферические токамаки
1.3.1. Концепция сферических токамаков
1.3.2. Экспериментальные результаты, подтверждающие концепцию
сферических токамаков
1.4. Особенности сферического токамака Глобус-М
1.4.1. Электромагнитная система
1.4.2. Вакуумная камера
1.4.3. Диагностика и система сбора данных
1.5. МГД возмущения, ограничивающие рабочие параметры
сферических токамаков
1.6. Постановка задачи
ГЛАВА 2. ДИАГНОСТИКА МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЙ СФЕРИЧЕСКОГО ТОКАМАКА ГЛОБУС-М
2.1. Разработка магнитной диагностики МГД возмущений
сферического токамака Глобус-М
2.2. Диагностический комплекс МГД возмущений сферического
токамака Глобус-М
2.3. Метод обработки экспериментальных сигналов массивов
магнитных зондов

2.4. Типы МГД возмущений плазмы сферического токамака
Глобус-М
2.5. Выводы к главе
ГЛАВА 3. НЕУСТОЙЧИВОСТИ НАЧАЛЬНОЙ СТАДИИ РАЗРЯДА И СТАДИИ ПЛАТО ТОКА
3.1. Неустойчивости начальной стадии разряда
3.1.1. Модовый состав неустойчивостей начальной стадии разряда
3.1.2. Влияние МГД активности на стадии роста тока плазмы
3.2. Неустойчивости стадии плато тока плазмы
3.3. Корректировка асимметрии вакуумного магнитного поля
3.3.1. Корректирующие обмотки
3.3.2. Определение ошибок магнитных полей
3.3.3. Определение параметрических зависимостей порога запирания
моды 2/1
3.3.4. Компенсация ошибок магнитного поля
3.4. Выводы к главе
ГЛАВА 4. ВНУТРЕННИЕ НЕУСТОЙЧИВОСТИ И ДИАПАЗОН РАБОЧИХ ПАРАМЕТРОВ
4.1. Возмущение «снейк»
4.1.1. Спонтанный «снейк»
4.1.2. Моделирование «снейка» на токамаке Глобус-М
4.2. Пилообразные колебания
4.3. Диапазон рабочих параметров токамака Глобус-М
4.4. Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПОЛОЖЕНИЯ ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Прогресс человечества тесно связан с развитием энергетики. До сих пор потребность в энергии, в основном, удовлетворялась за счёт сжигания органического топлива (дрова, уголь, нефть, газ). Большие потребности производства товаров и услуг и прогнозируемый рост этих потребностей делают реальной перспективу истощения экономически доступных энергоресурсов. Осложняются экологические проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды. Анализ складывающейся ситуации выявляет серьёзные потребности поиска альтернативных источников энергии и изменения структуры энергетики. Создание термоядерного реактора на основе синтеза изотопов водорода может решить проблему альтернативного источника энергии. В качестве топлива для будущих реакторов может быть использован дейтерий, содержащийся в воде в достаточном на тысячелетия количестве, и тритий, который образуется в бланкете реактора при ваимодействии лития с нейтронами. Поэтому, исследования в области управляемого термоядерного синтеза, в настоящее время, переходят из научной сферы, в сферу практического интереса.
На сегодняшний день, электростанцию на основе управляемого термоядерного синтеза (УТС) предполагается реализовать на основе установки типа токамак. Токамак - Тороидальная КАмера с МАгнитной Катушкой, представляет собой аксиально-симметричную магнитную ловушку, имеющую форму тора. Магнитное поле в такой ловушке имеет сложную винтовую структуру. Магнитные силовые линии можно представить в виде нитей, намотанных на поверхность тора. Большинство линий имеют бесконечную длину, образуя магнитные поверхности. Любой тор можно характеризовать геометрической величиной - отношением большого радиуса тора 7?0 к малому а, называемой аспектным отношением А = /?о/а. Токамаки, построенные до начала 90-х годов прошлого века, имели достаточно большое аспектное отношение А > 3 (в редких случаях,
2,5 < А < 3). Большое (или, обычное) аспектное отношение существенно

газокинетического давления плазмы к давлению магнитного поля. Величина Рт характеризует эффективность работы термоядерного реактора [34].
В 1983 году Сайксом [2] и в 1984 году Тройоном [3] было введено выражение для максимального значения тороидального Рт, при котором плазма находится в устойчивом состоянии:
= (134)
а-Вт А-да
где коэффициент Рм - нормализованное бета (в обычном токамаке Рм<3,5), /Р - ток по плазме, ц(, - запас устойчивости на границе плазмы (в циллиндрическом приближении, т.е. 4» 1):

5-а Вт

(1.35)
Магнитная поверхность
Обычный токамак
(запас устойчивости д~4)
Сферический токамак
(запас устойчивости д=2)

Рис. 7. Структуры силовой линии магнитного поля для случая большого (а) и малого (б) аспектного отношения.
При малом аспектном отношении, тороидальное магнитное поле в токамаке на внутреннем и внешнем обходе может отличаться в 3 - 10 раз, а полоидальное магнитное поле становится соизмеримым с тороидальным. Благодаря этому, в сферическом токамаке создается структура силовой линии магнитного поля существенно отличающаяся от традиционного (Рис. 7). Как известно из теории [11], конфигурация с вогнутой силовой линией