Развитие и применение методов многохордовой Коттон-Мутон поляриметрии и рефрактометрии плазмы для исследования динамики электронной концентрации в токамаках

• Автор: Петров, Владимир Георгиевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: г. Троицк Московской обл.
• Количество страниц: 109 с. : ил.

Актуальность темы. Краткий обзор микровол! ювых методов для исследования динамики электронной плотности в современных токамаках. Цели и задачи, решаемые в диссертации; положения, выносимые на защиту; структура диссертации. Список публикаций по теме диссертации

ГЛАВА 1. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ Т-11М И СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИКИ

Краткое описание установки Т-11М и её особенностей. Программа физических исследований натокамакеТ-11М и вытекающие из неё требования к системе микроволновой диагностики. Система диагностики установки Т-11М
ГЛАВА 2. МЕТОД МНОГОХОРДОВОЙ КОТТОН-МУТОН ПОЛЯРИМЕТРИИ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОФИЛЯ ЭЛЕКТРОННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ НА ТОКАМАКЕТ-11М

§ 1. Метод многохордовой Коттон-Мутон поляриметрии, физические основы

§ 2. Обоснование схемы и выбор основных параметров многохордового Коттон-Мутон поляриметра, описание прибора. Методика определения из фазовых измерений в случае многохордовых измерений

при наличии больших плазменных эффектов

§ 3. Учет рефракции (“ray-traycing”). Анализ ошибок измерений. Возможности развития
методики
§ 4. Апробация методики на токамаке Т-11 М. Алгоритмы обработки данных, разработка программного обеспечения. Измерение положения «центра тяжести» распределения Ne плазменного шнура по горизонтали. Примеры полученных результатов
ГЛАВА 3. МЕТОД ИМПУЛЬСНОЙ ВРЕМЯ-ПРОЛЕТНОЙ РЕФРАКТОМЕТРИИ (ИВР) НА О-МОДЕДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ СРЕДНЕЙ ПЛОТНОСТИ ПЛАЗМЫ
§ 1. Метод импульсной времяпролетной рефрактометрии (ИВР) на О-моде для измерения средней плотности плазмы в токамаках. Физические принципы, обоснование методики. Нелинейный режим работы ИВР для увеличения чувствительности, 2-х частотный режим для увеличения динамического диапазона и точности измерений. Критерии применимости ИВР на малых токамаках. Выбор
параметров ИВРдлятокамака Т-11М
§2. Апробация методики натокамакеТ-11М. Описание схемы ИВР. Алгоритмы обработки данных,учет рефракции, фильтрация данных, разработка программного обеспечения. Примеры полученных результатов. Чувствительность ИВР к

вфтикальному положению плазменного шнура
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ЭЛЕКТРОННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ В ТОКАМАКАХ
§ 1. Измерения динамики электронной концентрации на токамаке Т-11М при работе с графитовой диафрагмой и с горячей литиевой диафрагмой. Аномальный пинч-эффект
частиц в токамакеТ-11М
§ 2. Измерения динамики электронной плотности на токамаке Т-11М в режиме с ИЦ-нагревом. Поведение фактора пикированное плазмы в экспериментах с ИЦнагревом
§ 3. Сравнительные из мерения динамики электронной концентрации на токамаке РГи с помощью импульсной времяпролетной рефрактометрии и сканирующей ИК-интерферометрии
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Актуальность темы. Краткий обзор микроволновых методов для исследования динамики электронной плотности в современных токамаках. Цели и задачи, решаемые в диссертации; положения, выносимые на защиту; структура диссертации. Список публикаций по теме диссертации.
В настоящее время наибольший прогресс в решении проблем термоядерного синтеза (УТС) достигнут в токамаках. На таких крупнейших установках как JET (Европа), TFTR (США), JT-60 (Япония) получены параметры плазмы, которые вплотную приближается к выполнению критерия Лоусона:

пт >2-10 м с, (В.1)

где п - плотность плазмы (в м'3), а тЕ- так называемое энергетическое время жизни (в с), определяемое из уравнения баланса энергии:

-jrQ-T?
и'«=%-ь2ж.рдгмад+ад)г#.
где W - полная энергия плазмы на единицу длины шнура (при условии пе= п,т.е. при ZM= 1), а Q - мощность нагрева, также отнесенная к единице длины шнура. В стационаре энергетическое время жизни определяется как частное от деления полной тепловой энергии плазмы W (на единицу длины шнура) на мощность нагрева Q, или, наоборот, при отсутствии нагрева тЕ соответствует времени спада тепловой энергии плазмы в е раз. В формуле для критерия Лоусона предполагается, что средняя температура DT-смеси равна 10 кэВ [1,2].
Поэтому вопросы изучения переноса частиц, динамики внутренних и внешних транспортных барьеров, явления пинчевания частиц в плазме оказываются тесно связанными с динамикой поведения электронной концентрации в плазме. Тем самым они представляют собой вопросы чрезвычайной важности. Создание международного термоядерного реактора ITER требует разработки надёжных диагностических средств для обеспечения измерений пространственного распределения электронной концентрации в условиях зажигания самоподдерживающейся реакции синтеза. При этом важно обладать надежной информацией о пространственном распределении электронной концентрации как на физической стадии

ГЛАВА 3. МЕТОД ИМПУЛЬСНОЙ ВРЕМЯ-ПРОЛЕТНОЙ РЕФРАКТОМЕТРИИ (ИВР) НА О-МОДЕДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ СРЕДНЕЙ ПЛОТНОСТИ ПЛАЗМЫ
§ 1. Метод импульсной времяпролетной рефрактометрии (ИВР) на О-моде для измерения средней плотности плазмы в токамаках. Физические принципы, обоснование методики. Нелинейный режим работы ИВР для увеличения чувствительности, 2-х частотный режим для увеличения динамического диапазона и точности измерений. Критерии применимости ИВР на малых токамаках. Выбор параметров ИВР для токамака Т-11 М.
Задача повышения надёжности измерений средней плотности плазмы в токамаках следующего поколения является весьма актуальной. Вопрос надёжности измерений плотности является критическим для ITER и других крупных установок в силу необходимости работы с длинным (более 1000 с) импульсом, особенно при использовании сигналов датчиков плотности для управления равновесием плазменного шнура и (или) динамикой плотности в течение разряда токамака.
Поэтому для измерения средней плотности в токамаках предлагается метод импульсной времяпролетной рефрактометрии плазмы на обыкновенной волне. Метод основан на измерении времени распространения коротких (длительностью в несколько наносекунд) микроволновых импульсов, прошедших через плазму. При достаточно большой частоте зондирующей волны (много большей плазменной частоты), измеряемое время распространения будет пропорционально среднехордовой электронной плотности независимо от профиля плотности. Главная проблема при проведении таких измерений - малые времена задержки импульса в плазме (около 1 не и меньше для малых установок), и, соответственно, невысокая точность измерений средней плотности. Предложены и реализованы в экспериментах наТ-11М различные способы повышения точности таких измерений.
По сути -это импульсный микроволновой радар-рефлектометр, работающий в режиме времяпролётного рефрактометра на обыкновенной волне, когда частота зондирующей волны превышает плазменную частоту. Ранее такой режим применялся для коррекции профилей плотности, полученных при рефлектометрических измерениях [58]. Предлагалось также