Исследование изотопных эффектов и дополнительного нагрева плазмы в токамаках по потокам атомов перезарядки

• Автор: Чернышев, Федор Всеволодович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 332 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ЕЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1 Л. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПНОГО СОСТАВА

ПЛАЗМЫ

1ЛЛ Введение

1Л.2. Спектроскопия

1 Л.3. Нейтронная спектрометрия

1 Л.4. Ион-ионная рефлектометрия

1Л.5. Коллективное томсоновское рассеяние

1.2. НАГРЕВ ПЛАЗМЫ МЕТОДОМ НЕЙТРАЛЬНОЙ
ИНЖЕКЦИИ
1.2Л. Введение
1.2.2. Инжекторы нейтральных частиц
1.2.3. Взаимодействие пучка с плазмой
1.2.3.1. Ионизация пучка
1.2.3.2. Потери мощности при нейтральной
инжекции
1.2.4. Нагрев плазмы и формирование функции распределения быстрых ионов
1.2.5. Результаты экспериментов по пучковому нагреву плазмы токамаков
1.3. ИОННО-ЦИКЛОТРОННЫЙ НАГРЕВ ПЛАЗМЫ
1.3.1 Введение
1.3.2. Антенные системы для ИЦН плазмы
1.3.3. Распространение волн в плазме при частотах, близких к ионной циклотронной частоте
1.3.4. Нагрев плазмы, содержащей ионы малой добавки
1.3.5. Ускорение ионов малой добавки в поле ВЧ волн

1.3.6. Механизмы потерь ионов малой добавки
1.3.7. Нагрев плазмы и формирование функции распределения быстрых ионов
1.3.8. Результаты экспериментов по ИЦН
плазмы
ГЛАВА II. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗОТОПНОГО СОСТАВА ПЛАЗМЫ ПО
АНАЛИЗУ ПОТОКОВ АТОМОВ ПЕРЕЗАРЯДКИ
2.1. ОСНОВЫ МЕТОДИКИ
2.1.1. Физические принципы корпускулярной диагностики
2.1.2. Критерий прозрачности плазмы для потоков атомов
2.1.3. Разработка методики определения изотопного состава плазмы
2.2 МНОГОКАНАЛЬНЫЕ АНАЛИЗАТОРЫ ПОТОКОВ
АТОМОВ С МАССОВОЙ СЕЛЕКТИВНОСТЬЮ
2.2.1. Проблема разделения частиц по массе
2.2.2. Многоканальные анализаторы атомов серии АКОРД
2.3. ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО УПРАВЛЕНИЮ ИЗОТОПНЫМ СОСТАВОМ ПЛАЗМЫ НА УСТАНОВКЕ COMPASS-C
2.3.1. Параметры установки и размещение аппаратуры
2.3.2. Определение соотношения изотопов с помощью корпускулярной диагностики и сравнение со спектроскопическими измерениями
2.3.3. Особенности проведения эксперимента и основные результаты
2.4. ВОЗМОЖНОСТИ КОНТРОЛЯ ИЗОТОПНОГО СОСТАВА ПЛАЗМЫ В ТОКАМАКЕ-РЕАКТОРЕ ИТЭР
2.4.1. Метод численного моделирования
2.4.2. Результаты расчетов
2.4.3. Выводы

ГЛАВА III. ИССЛЕДОВАНИЕ ИОННО-ЦИКЛОТРОННОГО
НАГРЕВА
3.1. ЭКСПЕРИМЕНТЫ НА ТОКАМАКЕ ТУМАН-
3.1.1. Параметры установки и размещение диагностической аппаратуры
3.1.2. Оптимизация ввода ВЧ мощности
3.1.3. Влияние уровня ВЧ мощности на эффективность нагрева
3.1.4. Параметрическая зависимость для прироста температуры ионов
3.1.5. Прямые потери частиц
3.1.6. Зависимость эффективности нагрева от величины
малой добавки
3.1.7. Выводы и рекомендации
3.2. ЭКСПЕРИМЕНТЫ НА ТОКАМАКЕ ГЛОБУС-М
3.2.1. Параметры установки и размещение диагностической аппаратуры
3.2.2. Оптимизация ввода ВЧ мощности
3.2.3. Основные результаты по ионно-циклотронному
нагреву на токамаке Глобус-М
3.2.4. Максимальная энергия быстрых ионов, возникающих в опытах по ионно-циклотронному нагреву
3.2.5. Моделирование траекторий быстрых ионов
3.2.6. Выводы и рекомендации
ГЛАВА IV. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЙТРАЛЬНОЙ ИНЖЕКЦИИ
4.1. ЭКСПЕРИМЕНТЫ НА ТОКАМАКЕ ГЛОБУС-М
4.1.1. Параметры экспериментов и размещение
диагностической аппаратуры

К достоинствам метода можно отнести относительную простоту его осуществления - для его реализации требуется лишь наличие оптического доступа к плазме установки, в то время как создание систем ввода и регистрации излучения не представляет большой технической проблемы. Достаточно простым представляется и возможность создания многохордовой диагностики, для организации которой необходимо лишь наличие подвижного зеркала. Также можно отметить, что этот метод способен обеспечить хорошее временное и пространственное разрешение измерения изотопного состава плазмы.
К существенным недостаткам метода относится проблема неразличимости ионов с одинаковым отношением заряда к массе 2/А. Например, в случае токамака-реактора это означает, что с помощью метода томсоновского рассеяния невозможно будет отличить ионы дейтерия от термализовавшихся ионов гелия (так называемой, гелиевой золы), что скажется на точности определения ИЗОТОПНОГО отношения термоядерного топлива Пс/пт. Другой недостаток метода связан с проблемой выделения сигнала рассеяния над сигналом электронного циклотронного излучения в широкой области частот. Дополнительные сложности могут возникнуть в условиях термоядерной плазмы. Прежде всего, это касается создания многохордовой системы с использованием подвижных зеркал, отражающая способность которых может быстро деградировать в условиях интенсивного нейтронного и гамма облучения.
Следует также сделать еще одно замечание, заключающееся в том, что в силу новизны метода, экспериментальная апробация его возможностей еще не выполнена.