Управление разрядом и диагностика плазмы в токамаках и стеллараторах методом инжекции примесных макрочастиц

• Автор: Сергеев, Владимир Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 293 с. : ил.

1. Системы для исследования взаимодействия примесных макрочастиц с высокотемпературной плазмой

1.1. Схема исследований испарения углеродных макрочастиц на установке W7-AS

1.1.1. Описание у становки и ее основных диагностик

1.1.2. Система примесной пеллет-инжекции стелларатора W7-AS

1.2. Система инжскции примесных пеллетов установки Т

1.2.1. Описание установки Т-10 и ее основных диагностик

1.2.2. Аппаратура для инжекции и наблюдения испарения пеллетов

1.2.3. Схема для относительных измерений континуума и линий излучения водородного облака

1.3. Инжскции литиевых макрочастиц на установке Heliotron Е

1.3.1. Установка Heliotron Е и комплекс аппаратуры для исследования испарения литиевых макрочастиц

1.3.2. Конструкция литиевого иеллет-инжектора

1.4. Схема исследований TESPEL инжскции на стсллараторс LHD
1.4.1. Описание установки LHD и ее основных диагностик
1.4.2. Инжектор TESPEL установки LHD и аппаратура для наблюдения испарения пеллетов
1.5. Схема исследований TESPEL иижекции на стеллараторе CHS
1.6. Инжекция Li макрочастиц в токамак TFTR
1.7. Инжекция углеродных макрочастиц в токамак Asdcx Upgrade
1.8. Методика измерения скорости испарения макрочастиц
1.8.1. Методика измерения скорости испарения примесного пеллета по излучению пеллетного облака
1.8.2. Экспериментальные измерения депозиции макрочастиц и ее связь со скоростью испарения пеллетов
1.8.3. Вклад континуума при измерении скорости испарения примесных (углеродных) макрочастиц
1.8.4. Исследование распостранения тепловых волн во время испарения примесных макрочастиц
1.9. Реакция плазменного разряда на инжекшио примесных макрочастиц
1.10. Выводы к главе
2. Исследование взаимодействия макрочастиц с высокотемпературной плазмой установок с магнитным удержанием
2.1. Общая картина испарения макрочастиц
2.2. Модели испарения примесных макрочастиц
2.2.1. Аналитическая Модель Нейтрального Экранирования для Испарения в виде Атомов (АМНЭИА) и Кластеров (АМНЭИК)
2.2.2. Модель Нейтрального и Электростатического Экранирования для Испарения в виде Атомов (МНЭЭИА)
2.2.2.1. Функция распределения быстрых ионов в условиях NBI нагрева
2.2.2.2. Расчет потенциала на границе пел четного облака с окружающей плазмой
2.2.2.3. Расчет ослабления тепловых потоков в нейтральном облаке
2.2.2.4. Модель динамики разлета нейтрального облака и вычисления скорости испарения макрочастиц
2.2.3. Закон подобия для вычисления скорости испарения примесных макрочастиц
2.2.4. Вычисление скорости испарения примесных пеллетов при промежуточных значениях фактора экранирования
2.2.5. Моделирование испарения примесных пеллетов, проходящих через магнитную ось плазменного шнура
2.3. Экспериментальные исследования испарения примесных макрочастиц и
сравнение их результатов с предсказаниями моделей испарения
2.3.1. Испарение пеллетов в плазме с максвелловской функцией распределения частиц
2.3.2. Испарение макрочастиц в плазме с заметной популяцией надтепловых частиц
2.3.2.1. Испарение пеллетов в присутствии надтепловых NBI ионов
2.3.2.2. Испарение пеллетов в плазме с заметной популяцией надтепловых электронов при ECR нагреве
2.3.2.3. Особенности поведения зон повышенного испарения при ECR нагреве плазмы W7-AS
2.4. Экспериментальные исследования неллетных облаков
2.4.1. Применение фотографирования для изучения поведения пеллетных облаков в токамаке Т
2.4.2. Результаты исследований облаков углеродных макрочастиц на установке W7-AS
2.4.3. Изучение поведения литиевых облаков в токамаке TFTR
2.4.4. Эксперименты по оценке температуры водородного пеллетного облака в токамаке Т
2.4.5. Измерения плотности облака примесного пеллета в LHD
2.5. Модель «пленения» излучения в пеллетном облаке
2.5.1. Совокупность экспериментатьной информации по параметрам пеллетных облаков
2.5.2. Модель возможного «пленения» излучения в облаке испаряющегося водородного пеллета
2.5.3. Сравнительный анализ роли поглощения излучения в водородном и примесном пеллетных облаках
2.6. Выводы к главе
3. Диагностические приложении инжекции макрочастиц
3.1. Измерения угла вращательного преобразования методом макрочастиц154
3.1.1. Измерения утла вращательного преобразования на токамаке TFTR при инжекции литиевых макрочастиц
3.1.2. Измерения утла вращательного преобразования на токамаке Т-10 методом инжекции водородных макрочастиц
3.2. Измерения профиля плотности тока в токамаке Т
3.2.1. Методика измерения плотности тока
3.2.2. Результаты измерения профиля плотности тока и запаса устойчивости в токамаке Т
3.3. Измерения характеристик убегающих и надтепловых электронов методом пеллет-ннжекции
3.3.1. Влияние надтепловых электронов на испарение углеродных макрочастиц в токамаке Т
3.3.2. Исследования характеристик надтепловых частиц электронов на стеллараторе W7-AS методом пеллет-инжекции
3.3.3. Оценка параметров надтепловых электронов с использованием спектров ЭЦИ и данных пеллет-инжекции
3.4. Измерения функции распределения быстрых тяжелых частиц методом пеллет-инжекции
3.4.1. Физические принципы PCX измерений функции распределения быстрых частиц
3.4.2. Анатиз измерений функции распределения альфа-частиц в TFTR
3.4.3. Результаты первых экспериментов в стеллараторе LHD
3.5. Исследования переноса примесей методом инжекции многослойных примесных пеллетов (TESPEL)
3.5.1. Экспериментальные результаты по переносу лития на установках CHS и LHD
3.5.2. Оптимизация выбора материала для исследования переноса примеси методом TESPEL инжекции на установке L1ID
3.5.2.1. Модель для расчета сигнача перезарядки

определяется, в основном, горячими электронами окружающей облако плазмы, то из уравнений (1.2) и (1.3) получается, что
и поскольку Те электронов окружающей плазмы значительно превышает потенциалы возбуждения 1еХс и ионизации 1юп частиц облака, отношение сечений процессов возбуждения и ионизации можно положить с хорошей точностью постоянным для широкого диапазона температур. Вывод о пропорциональности скорости испарения N и интенсивности излучения 1на линии водорода На был подтвержден расчетами по столкновительно-излучательной модели, выполненными в работе [149]. Следует отметить, что предположение об оптически топком пеллетном облаке может быть не вполне оправданным. Это следует из оценок возможного захвата излучения в водородных и примесных пеллетных облаках, представленных в разделе 2.5. Очевидно, что в случае захвата излучения в части облака, связь между выходящим излучением и скоростью испарения должна искаться из рассмотрения, учитывающего перенос излучения в испаренном веществе. Такая достаточно сложная задача в настоящий момент еще не решена.
Кроме того, даже в случае примесного пеллетного облака, которое оптически прозрачно, в общем случае, в ионизацию и возбуждение частиц облака могут вносить вклад вторичные холодные электроны самого облака. Плотность вторичной плазмы пси я 101 бн~ 1017 см'3 обычно на много порядков превышает плотность горячих электронов окружающей плазмы пе* 1013-т-10н см'3, а их температура Тси и 1-5 эВ гораздо меньше электронной температуры Те ~ 500-5000 эВ современных установок с магнитным удержанием. Поэтому, в общем случае, вывод о пропорциональности N к I не очевиден.
Например, в работе [150] реализована численная модель со сферическим (без магнитного поля), гидродинамическим описанием водородного облака. В модели предполагается Локальное Термодинамическое Равновесие (ЛТР), в котором процессы столкновительной ионизации уравновешиваются суммой процессов радиационной и трехчастичной рекомбинации. Для вычисления излучения На использованы скорости процессов возбуждения и де-возбуждения. В работе [150] сделан вывод о том, что излучение облака становится более пикированным к концу испарения пеллета по сравнению с поведением скорости его испарения
(1.4)