Внутренние релаксационные процессы и срывы в плазме токамака

• Автор: Саврухин, Петр Всеволодович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 247 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. Диагностические системы, используемые при исследовании

срывов и релаксационных процессов

1.1. Основные технические параметры и особенности экспериментальных установок Т-10 и JET
1.2. Многоракурсная диагностика мягкого рентгеновского излучения из плазмы токамака Т-10 (камеры-обскуры)
1.3. Метод томографической реконструкции локальных возмущений интенсивности мягкого рентгеновского излучения из плазмы токамака

1.4. Диагностика мелкомасштабных возмущений рентгеновского излучения

из плазмы токамака Т-

1.4.1. Диагностическая методика регистрации рентгеновского излучения

в направлении тангенциальном к магнитным силовым линиям
1.4.2. Матричный детектор рентгеновского излучения с повышенным пространственным разрешением в тороидальном направлении
Выводы к Главе.
ГЛАВА 2. Неустойчивость внутреннего срыва
2.1. Обзор экспериментальных и теоретических исследований неустойчивости внутреннего срыва в плазме токамака
2.1.1. Характерные черты и особенности развития неустойчивости внутреннего срыва в плазме токамака
2.1.2. Стабилизация неустойчивости внутреннего срыва
2.1.3. Феноменологическая модель неустойчивости внутреннего срыва в
плазме токамака
Выводы к Разделу 2.
2.2. Различные механизмы внутреннего срыва в плазме токамака Т-
2.2.1. Изменение механизмов внутреннего срыва в режимах с различными значениями коэффициента запаса устойчивости qa
2.2.2. Пространственная структура возмущений плазмы в акте внутреннего срыва в режимах с различными значениями qa
2.2.3. Внутренняя винтовая мода m=l,n=l и ее зависимость от проводимости плазмы и магнитного шира
Выводы к Разделу 2.
2.3. Критические условия развития внутреннего срыва в плазме токамака Т-10.
2.3.1. Параметры плазмы в разрядах с внутренними срывами
2.3.2. Пространственно-временная эволюция возмущений плазмы при
развитии внутреннего срыва
2.3.3. Изменение характеристик внутреннего срыва при ЭЦ-нагреве плазмы.
2.3.4. Относи тельный градиент электронной температуры вблизи
поверхности
2.3.5. Численное моделирование внутреннего срыва в плазме
токамака Т-
2.3.6. Критические условия срыва в плазме различных токамаков
2.3.7. Эмпирические зависимости периода пилообразных колебаний от
параметров плазмы в токамаке
Выводы к Разделу 2.
ГЛАВА 3. Нелинейное взаимодействие внутренних винтовых мод при развитии малых и больших срывов в токамаке Т-
3.1. Обзор экспериментальных и теоретических исследований явления
срыва при предельной плотности в токамаке
3.2. Методики исследований и экспериментальное оборудование, используемые при анализе срывов в режимах с предельной плотностью в токамаке Т-10.
3.3. Исследование взаимодействия (зацепления) внутренних винтовых мод
в плазме токамака Т-
3.3.1. Особенности срывов при предельной плотности в плазме
токамака Т-
3.3.2. Временная эволюция плазменных возмущений в срыве при предельной плотности в плазме токамака Т-
3.3.3. Пространственная локализация плазменных возмущений в срыве при предельной плотности в плазме токамака Т-
3.3.4. Роль взаимодействия внутренних винтовых мод в инициировании коллапса энергии (сравнение возмущений плазмы в акте малого и большого срывов).
3.4. Управление развитием внутренних возмущений плазмы при электронноциклотронном нагреве плазмы на токамаке Т-
3.4.1. Стабилизация мод при включении ЭЦ-нагрева перед срывом при предельной плотности в плазме токамака Т-
3.4.2. Стабилизация мод при включении ЭЦ-нагрева в течение

срыва при предельной плотности в плазме токамака Т-
3.5. Физические механизмы взаимодействия МГД возмущений в
срыве при предельной плотности в плазме токамака Т-
Выводы к Главе.
ГЛАВА 4. Влияние винтовых магнитных полей на устойчивость плазмы в
токамаке
4.1. Динамическая модель МГД возмущений в плазме токамака
4.1.1. Нелинейный режим развития тиринг-мод в плазме токамака
4.1.2. Вращение магнитных островов в плазме токамака
4.1.3. Развитие МГД возмущений в "линейном'1 режиме
(магнитное торможение)
4.1.4. Вращение плазмы, окружающей магнитный остров
Выводы к Разделу 4.
4.2. Влияние винтовых магнитных полей на устойчивость плазмы в
токамаке JET
4.2.1. Квазистационарные МГД возмущений в плазме токамака
4.2.2. Условия дестабилизации квазистационарных МГД возмущений в
плазме токамака JET
4.2.3. Компенсация рассеянных полей и задержка срыва плазмы с
помощью внешних магнитных полей в токамаке JET
4.2.4. Физические механизмы развития квази-статических МГД
возмущений в плазме токамака JET
Выводы к Разделу 4.
4.3.Система адаптивного управления МГД-возмущениями с помощью винтовых магнитных полей, регулируемых сетью обратных связей
4.3. Г. Разработка сетей обратных связей для стабилизации МГД-возмущений
в плазме токамака
4.3.2. Настройка системы автоматического управления внутренними МГД-возмущениями в плазме токамака JET
4.3.2.1. Динамическая модель системы управления МГД-возмущениями
в плазме токамака
4.3.2.2. Идентификация динамических характеристик системы
управления МГД-возмущениями в плазме токамака JET
4.3.3. Анализ работы системы стабилизации МГД-возмущений с помощью

7. На основе модели запертых мод разработана методика идентификации рассеянных полей в токамаке. Использование новой методики впервые позволило определить основные источники рассеянных магнитных полей в реальных условиях экспериментов на токамаках JET и TFTR. Впервые продемонстрирована возможность компенсации рассеянных полей в токамаке JET с помощью внешних управляющих обмоток с фазовой коррекцией
8. Исследованы физические механизмы управления МГД возмущениями с использованием внешних магнитных полей в плазме токамака JET. Впервые продемонстрирована возможность задержки остановки МГД возмущений перед большим срывом с помощью вращающихся внешних магнитных полей. Определены параметры системы управления и выяснены основные динамические характеристики объекта управления при воздействии внешних полей в плазме с реакторными параметрами. Впервые разработана методика настройки системы обратных связей с адаптацией параметров управления, объединяющая расчеты МГД-мод и динамический анализ компонент системы управления (детекторы, генераторы, контроллеры с адаптацией). Применение новой методики позволило оптимизировать настройку системы обратных связей на токамаке JET, в условиях, характерных для крупного термоядерного эксперимента (при ограниченном времени работы и при необходимости исключения срывов плазмы).
9. В экспериментах на Т-10 обнаружены пучки электронов с надтепловыми энергиями (20-ЮОкэВ), возбуждающиеся в процессе развития внутреннего и большого срыва. Впервые показано, что ускоренные электроны зарождаются в узкой зоне вблизи Х-точек магнитных островов m=l,n=l и m=2,n=l. Анализ экспериментов, проведенный совместно с численным моделированием эффекта ускорения электронов, показывает, что появление надтепловых частиц может быть связано с генерацией электрических полей, возникающих при перезамыкании магнитных силовых линий в Х-точках магнитных островов ш=1 и ш=2.
Новое научное направление. В рамках диссертации развито новое научное направление, связанное с разработкой методик идентификацией внутренних винтовых возмущений в высокотемпературной плазме, анализом взаимосвязи различных механизмов релаксационных процессов в плазме токамака, а также посвященное разработке методик стабилизации срывов и внутренних релаксационных процессов в плазме токамака.
Научное и практическое значение работы:
1. Разработанная и оборудованная на токамаке Т-10 методика многоракурсной диагностики интенсивности мягкого рентгеновского излучения может быть использована в разнообразных плазменно-физических экспериментах. Диагностика позволяет получать уникальную информацию о развитии внутренних возмущений плазмы, не