Моделирование поведения примесей в установках токамак

• Автор: Стрижов, Валерий Федорович
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 153 c. : ил

ВВЕДЕНИЕ *

Глава I. ДИНАМИКА ИОНИЗАЦИИ И ИЗЛУЧЕНИЕ

ПРИМЕСЕЙ В ГОРЯЧЕЙ ПЛАЗМЕ

§ I. Модель динамики ионизации

§ 2. Аппроксимация скоростей элементарных процессов

§ 3. Потери энергии на примесях

§ 4. Динамика ионизации и потери энергии на примесях

Глава II. МОДЕЛЬ ДИФФУЗИИ ПРИМЕСЕЙ В ТОКАМАКАХ

§ 5. Постановка задачи

§ 6. Диффузионные потоки примесей

§ 7. Численный метод решения задачи динамики

ионизации. Метод Гира
§ 8. Численные методы решения уравнений непрерывности
§ 9. Численный метод решения задачи переноса примесей
§10. Тестовые и модельные расчеты
Глава III. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИФФУЗИИ И ИЗЛУЧЕНИЯ
ПРИМЕСЕЙ В УСТАНОВКАХ ТМ-3,Т-4,Т-Ю
§11. Параметры разрядов и методика расчетов
§12. Диффузия легких примесей углерода и
кислорода в установках токамак
§13. Инжекция дейтерия в гелиевую плазму Т
§14, Моделирование напуска аргона в плазму Т-4 и Т
§15. Моделирование примесного баланса в разряде Т
§16. Обсуждение результатов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Исследования в области физики высокотемпературной плазмы связаны прежде всего с перспективами практической реализации идеи управляемого термоядерного синтеза (УТС). Физические предпосылки УТС основаны на реакциях синтеза легких ядер дейтерия (X) ) и трития ( Т ), сопровождающихся значительным выделением энергии. Однако сечения таких реакций невелики, поэтому для их зажигания необходимо выполнение условий на температуру плазмы Т- и время удержания энергии (критерий зажигания Лоусона [1,2] )
> Ю15 см-3с Т; =60+100 кэВ для D-Î) реакций ЦТЕ> Ю14 см“3с =10+20 кэВ для J)-T реакций
(здесь п. - плотность плазмы). Достижение таких параметров невозможно без хорошей термоизоляции плазмы от стенок, поэтому с самого начала исследований основное внимание уделялось разработке методов удержания плазмы. Так идея магнитного удержания была реализована на установках различных типов - токамаки, пинчи, открытые ловушки. Впоследствии была предложена идея инерционного удержания плазмы, которая привела к развитию лазерного и лайнер-ного УТС, систем на энергетичных пучках.
Успехи в удержании плазмы на установках токамак, достигнутые к концу 60-х - началу 70-х годов ( ITT^IO12 см”"3с, 41=0,5 кэВ, хТг- I кэВ [3] ) не только привели к широкому международному признанию этого направления исследований, но и позволили выделить его в качестве основного среди всех возможных схем УТС. Углубление теоретических исследований позволило поставить вопрос о качественном и количественном сравнении теории с экспериментом, что привело к развитию математических моделей поведения плазмы в

токамаках. Так основы теории неоклассического переноса, заложенные в 1967-1972гг. [4-9] позволили начать разработку транспортных моделей, первые версии которых появились уже в 1969г. Эти модели получили широкое распространение во всех лабораториях мира (см.обзоры [10-13] ) и привели к важным выводам о механизмах переноса тепла и частиц. Дальнейшее их развитие, включение в них новых физических эффектов позволило от качественного описания разрядов в токамаках перейти к хорошему количественному согласию. Позднее появились кинетические, МГД и различные гибридные модели (см., например, обзор [14] ), которые позволили охватить широкий круг явлений и сделали численные модели эффективным методом исследования высокотемпературной плазмы
Достижение термоядерных температур невозможно только за счет омического нагрева плазмы собственным током, поэтому в последние годы усиленно разрабатываются методы дополнительного нагрева плазмы, использование которых позволило повысить температуру плазмы до 2-7 кэВ и значительно продвинуться в область термоядерных параметров.
Таким образом к началу 80-х годов были получены TL - 7 кэВ при rvTEc= (3*4)-I0-*-3 см“3с [15] , что уже очень близко к требуемым значениям. Несмотря на то, что рекордные значения параметра удержания и температуры достигнуты на различных установках, в настоящее время нет сомнений в возможности получения УТС на основе токамаков, что позволило приступить к строительству следующего поколения токамаков - Т-15 (СССР), TFTR (США), JET (Евроатом), JT-60 (Япония) и разработке проектов физических реакторов.
Наряду с традиционными проблемами удержания и нагрева в последнее время значительно повысился интерес к проблеме загрязнения плазмы примесями. Говоря о проблеме примесей, имеют в виду целый ряд проблем:

Рис 5. Зависимость отношения Ь>(Зё^)/и(Ге) от концентрации нейтралов
1 - кислород, Те =0,3 кэВ,
2 - кислород, Ч| =1,0 кэВ,
3 - железо, Те =2,0 кэВ,
4 - железо, % =1,0 кэВ.