Динамика вращения винтовых магнитных структур в плазме токамака

• Автор: Орловский, Илья Игоревич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 125 с. : ил.

ГЛАВА 1. ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ДИНАМИКЕ

ТИРИНГ-МОДЫ В ТОКАМАКЕ

§1.1. Явление перезамыкания магнитных силовых линий и образования

магнитных островов в плазме

§1.2. Вращение магнитных островов в присутствии винтового магнитного

поля, создаваемого сторонним током

§1.3. Экспериментальные исследования особенностей вращения

магнитных островов в токамаках

ГЛАВА 2. ОРГАНИЗАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ НА УСТАНОВКЕ Т

§2.1. Описание МГД диагностики установки Т

§2.2. Возбуждение гало-токов в пристеночной плазме

ГЛАВА 3. МЕТОДИКИ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ МАГНИТНЫХ ЗОНДОВ НА ОСНОВЕ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА И СИНГУЛЯРНОГО
РАЗЛОЖЕНИЯ
§3.1. Применение преобразования Фурье в обработке сигналов
§3.2. Использование функции когерентности в анализе сигналов магнитных
зондов
§3.3. Изучение спектральных характеристик МГД - возмущений методами
теории частотно-временных распределений
§3.4. Определение пространственно-временной структуры МГДвозмущения методом разложения по сингулярным значениям
ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ГИЛЬБЕРТА И МЕТОДА ЭМПИРИЧЕСКОГО МОДОВОГО РАЗЛОЖЕНИЯ В МГД ДИАГНОСТИКЕ
ПЛАЗМЫ ТОКАМАКА
§4.1. Определение амплитудных и частотных характеристик нестационарного колебательного процесса путем построения аналитического сигнала

§4.2. Метод эмпирического модового разложения сложного колебательного
процесса
§4.3. Определение пространственной структуры МГД-возмущения с
помощью преобразования Гильберта-Хуанга
ГЛАВА 5. ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ОБРАБОТКИ ДАННЫХ МГД
ДИАГНОСТИКИ ТОКАМАКА Т
§5.1. Комплекс программ визуализации и предварительной обработки
данных TDF Browser
§5.2. Спектральный анализ данных в пакете Spectrum Manager
ГЛАВА 6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ВНЕШНИХ ТОКОВ НА ВРАЩЕНИЕ МГД
ВОЗМУЩЕНИЙ В ТОКАМАКЕ Т
§6.1 Воздействие переменного гало-тока на вращение МГД возмущения..94 §6.2. Воздействие квазистационарного гало-тока, возбуждаемого внешним
источником ЭДС, на динамику МГД возмущения
§6.3. Связь неравномерности вращения МГД возмущения в присутствии паразитного магнитного поля с величиной амплитуды этого возмущения.

§6.4. Совместная динамика вращения МГД мод с т/п=2/1 и т/п=3/2 в
присутствии внешнего магнитного поля
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Растущая потребность человечества в энергоресурсах при ограниченности запасов ископаемых источников энергии, таких как газ и нефть, делает все более актуальным развитие новых энергетических технологий. Одним из наиболее перспективных направлений является управляемый термоядерный синтез (УТС). Исследования в области УТС ведутся более полувека. В настоящее время самым вероятным способом решения задач УТС представляется использование магнитного удержания термоядерной плазмы в установках токамак. В 2015 году планируется запуск в эксплуатацию первого экспериментального термоядерного реактора ИТЭР, на котором будет продемонстрирована возможность осуществления положительного энергетического выхода реакции, апробированы теоретические подходы к описанию физики токамаков, решены многочисленные конструкционные и технологические задачи.
Одним из важнейших факторов, пагубно сказывающихся на удержании плазмы в токамаке, является развитие неустойчивостей плазмы, из которых наиболее опасными являются неустойчивости магнитогидродинамического типа (МГД неустойчивости). Понимание законов их развития и влияния на параметры плазмы, а также изучение возможности воздействия на их поведение необходимо для обеспечения правильного режима разряда.
В настоящее время большой интерес проявляется к такому виду МГД-неустойчивостей как тиринг-неустойчивость и ее неоклассическому аналогу -неоклассической тиринг-неустойчивости. При развитии этой неустойчивости происходит разрыв и перезамыкание магнитных силовых линий в окрестности рациональных магнитных поверхностей внутри плазменного шнура с образованием т.н. магнитных островов. Возникающие при этом возмущения магнитного поля имеют вид винтовых магнитных структур. Наличие магнитных островов приводит к ухудшению удержания энергии и частиц в плазме вследствие повышенного переноса через область острова.
длительности Т и для каждого участка х,(ї) ~ х(г* + /,) вычисляется его спектр Х(й)). Аналогичным образом вычисляется набор спектров }Д(у) для сигнала у(і). Далее взаимный спектр вычисляется по формуле (3.10). Аналогичным образом рассчитываются функции спектральной плотности Бхх{/) и после чего функция когерентности уху{[) вычисляется по формулам (3.9). Ширина участков Т выбирается исходя из желаемых спектральных и статистических характеристик взаимной спектральной функции. Отметим, что для взаимных спектров справедливо неравенство
Г (3.11)
Таким образом, модуль функции когерентности всегда меньше или равен единице.
Анализ модуля и фазы функции когерентности позволяет выявить паразитные наводки, содержащиеся в сигналах зондов. Так, на рис. 19 показаны экспериментальный сигнал магнитного зонда Р1 в режиме с развитой МГД неустойчивостью, амплитуда его спектра, а также амплитуда и фаза функции когерентности этого сигнала с сигналами зондов Р2, РЗ и Р4, расположенными далее по малому обходу камеры токамака Т-10. Видим, что амплитуда функции когерентности близка к единице на тех частотах, где имеются пики в спектре. При этом на частотах меньше 1 кГц фаза функции когерентности для всех зондов равна нулю, а на частотах 2,3 и 4,6 кГц фаза увеличивается линейно с увеличением расстояния между зондами.
Поскольку МГД возмущения имеют вид бегущих волн с винтовой пространственной структурой, сигналы зондов, расположенных через равные промежутки в полоидальном сечении и измеряющих возмущение полоидального поля, должны быть сдвинуты между собой на приблизительно одинаковый фазовый угол, что имеет место для области частот 2,3 и 4,6 кГц. Компоненты же с частотами менее 1 кГц синфазны и являются, очевидно, помехами, наводимыми на коммуникационные кабели.