Исследование тепловых и сверхтепловых ионов по потокам атомов из плазмы крупных токамаков

• Автор: Афанасьев, Валерий Иванович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 278 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДИАГНОСТИКИ ПО ПОТОКАМ АТОМОВ В ТЕПЛОВОМ И СВЕРХТЕПЛОВОМ ДИАПАЗОНАХ ЭНЕРГИИ
1. Особенности диагностики по потокам атомов
2. Энергетические функции распределения ионов в плазме токамаков и физические процессы, влияющие на их формирование
3. Процессы нейтрализации ионов изотопов водорода и гелия в плазме и методы расчета плотности нейтрализационной мишени
ЗЛ. Расчет пространственного распределения плотности “пассивной” и
“активной” нейтральной мишени
ЗЛЛ. Эстафетная перезарядка
ЗЛ.2. Образование нейтрального гало пучка
ЗЛ .3. Код DOUBLE-MC
3.2. Обнаружение механизма нейтрализации протонов МэВ энергии на водородоподобных ионах легких примесей
3.3. Расчет плотности “активной” ионной мишени при инжекции в
плазму пучка атомов. Роль процесса "перекрестной" перезарядки
3.4. Расчет плотности “пассивной” ионной мишени
3.4.1. Модель коронального равновесия
3.4.2. Ноль-размерная модель (zero-dimensional model) и границы ее применимости
3.4.3. Транспортный код ZIMPUR
ГЛАВА И. АНАЛИЗАТОР ПОТОКА АТОМОВ СВЕРХТЕПЛОВОГО ДИАПАЗОНА ЭНЕРГИИ “ГЕММА”
1. Конструкция и принцип работы анализатора ГЕММА
2. Конструкция детекторной системы анализатора

3. Результаты калибровки анализатора с помощью пучка атомов на
ионном циклотроне
4. Калибровка параметров детекторной системы анализатора и проверка
их в экспериментах на плазменной установке
ГЛАВА III. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТОКОВ АТОМОВ ИЗОТОПОВ ВОДОРОДА СВЕРХТЕПЛОВОГО ДИАПАЗОНА ЭНЕРГИИ НА УСТАНОВКЕ “ЛГ-бОи” (ЯПОНИЯ)
1. Условия проведения экспериментов по ионно-циклотронному нагреву плазмы на установке ГГ-бОи. Размещение и параметры
экспериментальной аппаратуры
2. Изучение относительной роли ионов Не+ и С5+ в нейтрализации высокоэнергичных протонов
2.1. Зависимость потоков атомов водорода от относительного тороидального положения инжектируемого пучка и атомного анализатора. Пространственная локализация гелиевой мишени
2.2. Асимметрия "верх-низ" потоков атомов относительно экваториальной плоскости токамака при инжекции нейтральных
пучков
2.3 Сравнительный анализ "активных" и "пассивных" энергетических спектров атомов водорода в гелиевых и дейтериевых плазменных разрядах
3. Получение энергетической функции распределения ионов и расчет энергии, запасенной в высокоэнергичном "хвосте". Сравнение с данными диамагнитной диагностики
4. Исследование зависимости эффективности ИЦР нагрева от параметров плазмы. Модель диффузионных потерь

ГЛАВАIV. ИЗУЧЕНИЕ ПОВЕДЕНИЯ ТЕРМОЯДЕРНЫХ ТРИТОНОВ В РАЗРЯДАХ С ГОРЯЧЕЙ ИОННОЙ Н-МОДОЙ НА УСТАНОВКЕ JET (ЕВРАТОМ)
1. Условия проведения экспериментов в разрядах с горячей Н-модой на установке JET. Размещение и параметры экспериментальной аппаратуры
2. Временная эволюция потоков атомов трития различных энергий и установление стационарного энергетического распределения термоядерных тритонов
3. Расчет вероятности нейтрализации высокоэнергичных тритонов.
Реализация классического варианта “активной” диагностики по потокам атомов
4. Получение локальной функции распределения термоядерных тритонов
в центре плазмы. Сравнение с данными нейтронной диагностики
ГЛАВА V. АНАЛИЗАТОР ПОТОКА АТОМОВ ТЕПЛОВОГО ДИАПАЗОНА ЭНЕРГИИ “ISEP” (ИОННЫЙ СЕПАРАТОР)
1. Конструкция и принцип работы анализатора ISEP
1.1. Ускорительный модуль
1.2. Камера электромагнитной дисперсии
1.3. Детекторная система
1.4. Проверка чувствительности детекторов к нейтронному и гамма излучению и измерение их энергетического разрешения
2. Оптимизация ускорительно-дисперсионной системы анализатора
2.1. Изучение рассеяния вторичных ионов после прохождения обдирочной мишени
2.2. Изучение фокусирующих свойств ускорительной секции
2.3. Моделирование траектории ионов в системе дисперсии
анализатора
2.4. Результаты оптимизации дисперсионной системы

гакже примеси легких элементов, которыми покрываются диафрагма и стенки камеры для уменьшения эффективного заряда плазмы и снижения радиационных потерь из плазмы (чаще всего это бериллий, углерод и1 бор). Экспериментально измеренным из интересующих нас сечений реакций является только перезарядка протонов на ионах гелия Не+, причем лишь до энергии протонов Ер < 200 кэВ. Поэтому, практически для всех реакций с примесями используются только результаты теоретических расчетов (обзор по сечениям процессов приведен в /57/). Из сравнения кривых, представленных на рис. 1.4 и рис.1.5, видно, что в области относительно высоких энергий, сечения перезарядки на примесных ионах имеют наибольшее значение. При этом, когда их плотность оказывается сравнимой с плотностью нейтралов плазмы и плотностью атомарного' пучка, или превышает их, именно процессы нейтрализации на примесных ионах становятся доминирующими. Особенности, расчета плотности нейтрализационной мишени в этом случае мы рассмотрим в п.3.3 и п.3.4 данной главы.
3.1. Расчет пространственного распределения плотности “пассивной” и “активной” нейтральной мишени
3.1.1. Эстафетная перезарядка
Кроме процессов рекомбинации и перезарядки, упомянутых выше, в формировании распределения плотности тепловых нейтральных атомов, поступающих в плазму со стенок установки, важную роль играет процесс, так называемой, эстафетной перезарядки. Этот процесс заключается в следующем. Изначально на поверхность плазмы падает поток “холодных” атомов, образованных в результате диссоциации молекул Н2 и Н2+, и имеющих Франк-Кондоновскую величину энергии (~ 2 эВ). Атомы проникают в плазму, где, во-первых, происходит их ионизация электронным ударом, а во-вторых, происходит их резонансная перезарядка на ионах плазмы одинакового с ними сорта. Например, атомы водорода перезаряжаются на протонах, а атомы гелия