Магнитное удержание плазмы в ловушках со спадающим полем при самосогласованном поддержании конвективно-устойчивого распределения давления

• Автор: Цвентух, Михаил Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 140 с. : ил.

ГЛАВА 1. ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. ИССЛЕДОВАНИЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ПЛАЗМЫ В ЛОВУШКАХ СО СПАДАЮЩИМ ПОЛЕМ БОЛЬШОЙ КРИВИЗНЫ

1.2. УСЛОВИЯ ОТСУТСТВИЯ КОНВЕКТИВНОЙ НЕУСТОЙЧИВОСТИ В СПАДАЮЩЕМ ПОЛЕ

1.3. ДВУХДИПОЛЬНАЯ ЛОВУШКА МАГНЕТОР

ВЫВОДЫ ИЗ ПЕРВОЙ ГЛАВЫ

ГЛАВА 2. МГД РАВНОВЕСИЕ И КОНВЕКТИВНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ПЛАЗМЫ В МГД ОПИСАНИИ, СЛУЧАЙ ЧАСТЫХ СТОЛКНОВЕНИЙ

2.1. ОБЗОР РАБОТ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

2.2. АЛГОРИТМ КОДА ЕБРШВ

2.3. ИССЛЕДУЕМЫЕ КОНФИГУРАЦИИ

2.4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТОВ

2.5. СРАВНЕНИЕ С ИЗМЕРЕННЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ

2.6. ТРАНСПОРТ ПЛАЗМЫ В ОБЛАСТИ СЛАБОГО ПОЛЯ
2.7. АЛГОРИТМ ЧИСЛЕННОГО КОДА АМГЛЕЕ
2.8. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ДИФФУЗИОННЫХ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ПЛОТНОСТИ ПЛАЗМЫ
2.9 ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТИ ДИФФУЗИОННОГО КОДА АМОШБ 69 ВЫВОДЫ ИЗ ВТОРОЙ ГЛАВЫ
ГЛАВА 3. РАСЧЕТЫ РАВНОВЕСИЯ СОГЛАСОВАННОГО С БЕССТОЛКНОВИТЕЛЬНЫМ КИНЕТИЧЕСКИМ ОПИСАНИЕМ КОНВЕКТИВНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ПЛАЗМЫ
3.1. ОБЗОР РАСЧЕТНЫХ РАБОТ
3.2. ОПИСАНИЕ ЧИСЛЕННОГО АЛГОРИТМА
3.3. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА КИНЕТИЧЕСКИХ ПРОФИЛЕЙ ДАВЛЕНИЯ В ВАКУУМНЫХ КОНФИГУРАЦИЯХ
3.4. СОГЛАСОВАНИЕ КИНЕТИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ С АНИЗОТРОПНЫМ РАВНОВЕСИЕМ
3.5. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ РАВНОВЕСНЫХ КОНФИГУРАЦИЙ ПЛАЗМЫ С КИНЕТИЧЕСКИМ ПРОФИЛЕМ ДАВЛЕНИЯ
3.6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВИДА ФУНКЦИИ АНИЗОТРОПИИ ИЗ ИЗМЕРЕНИЙ НА МАГНЕТОРЕ
3.7. УДЕРЖАНИЕ ПЛАЗМЫ В ЛОВУШКАХ СО СПАДАЮЩИМ ПОЛЕМ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ АНИЗОТРОПИИ
3.8. КОД ДЛЯ БЫСТРОГО РАСЧЕТА ВАКУУМНЫХ ПОЛЕЙ
ВЫВОДЫ ИЗ ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЫ
ГЛАВА 4. НОВАЯ МНОГОСВЯЗНАЯ КОНФИГУРАЦИЯ
4.1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
4.2. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ. ДОПУСТИМЫЕ ПРОФИЛИ ДАВЛЕНИЯ
4.3. ОБСУЖДЕНИЕ
4.4. ОБНАРУЖЕННЫЙ ПИК НА «КИНЕТИЧЕСКОМ» ПРОФИЛЕ ДАВЛЕНИЯ В КОНФИГУРАЦИИ С ВНУТРЕННИМ ВИТКОМ
4.5. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПИКА ДАВЛЕНИЯ
4.6. ОБЗОР ПРЕДШЕСТВУЮЩИХ БЛИЗКИХ РАБОТ
4.7. СУММИРОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ВЫВОДЫ ИЗ ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Актуальность темы
Прогресс исследований удержания термоядерной плазмы в токамаках и начало строительства экспериментального токамака-реактора ИТЭР [1] позволяет говорить не только о развитии физики и техники управляемого термоядерного синтеза, но и о начале его практического освоения. Вместе с тем, в долгосрочной перспективе следует обратить внимание на возможности наиболее эффективных альтернативных систем удержания, изученных недостаточно. Один аспект связан с использованием перспективных топливных циклов D-3He и D-D, для реализации которых требуются лучшие, чем достигнуты на сегодня параметры [2]. Второй аспект связан с поисками эффективного и простого источника нейтронов в гибридном реакторе [3].
Особенного внимания заслуживают ловушки со спадающим полем, в которых наиболее опасная - конвективная (желобковая) неустойчивость плазмы подавляется [4,5] за счет естественного, но не очень резкого спада давления наружу. К ним относятся простые осесимметричные конфигурации пробочной геометрии [6,7]; их замкнутые цепочки в виде гофрированных торов [8,9]; ловушки с внутренними проводниками, окруженными плазмой [10,11], в том числе на основе диполя [12,13]; а также обращенные конфигурации с плазменными токами с высоким давлением [14]. Указанные конфигурации должны обладать заметной кривизной силовых линий. При этом силовые линии должны быть замкнутыми или иметь небольшое вращательное преобразование. К основным достоинствам подобных ловушек, помимо стационарности и высокого бета {3=8tiр/В1, относится их простота, так как в них не требуется создания ни (среднего) минимума поля, ни перекрещенности силовых линий.

2.3.1. Основная конфигурация
Величины суммарных токов: 32 кА во внутренней катушке и -16 кА -во внешней (рис. 2.1). Давление плазмы нормировано на экспериментальное значение в точке r~ z~12cm, где Р = 4.7 Гс2 (п = З-КУ'см"3, Те = 11 эВ). Величина ß в этой точке равна 0.008.
Профили давления вычислялись для у - 1 и у -5/3. Рассмотрение показателя адиабаты у = 1 обусловлено тем, что, согласно измерениям в Магнеторе, электронная температура фоновой плазмы меняется слабо. Видно, что в изотермическом профиле (при у= 1) давление В(|/) спадает почти на два порядка величины, в адиабатическом у = 5/3 - на три (рис. 2.2). Относительный градиент давления 01пР/о|/ = ycnU/D\i <0.1.
— » — I p(i) у= 1-3 clny?(iy)CT|;, -
Рис. 2.2. Профили давления Р(у) (1,2), а также, coo i ветствующие им профили относительного градиента дпР/д\1 = ydln U/бц/ (3,4) рассчитанные в основной геометрии Магнсюра при у = 1 (1,3) и у = 5/3 (2,4)
Сравнение экспериментального и теоретических профилей давления показывает (рис. 2.3), что измеренный профиль близок к конвективноустойчивому в глубине ловушки и отклоняется от него в периферийных областях. Из результатов проведенных расчетов можно заключить следующее. Рассчитанные профили давления допускают более высокое