Численное моделирование пространственных и спектральных характеристик потерь на электронное циклотронное излучение в токамаках-реакторах

• Автор: Минашин, Павел Вадимович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 137 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Развитие кода CYNEQ для расчета потерь на электронное циклотронное излучение (ЭЦИ) в токамаках-реакторах
1.1. Нелокальный перенос ЭЦИ
1.2. Обобщение кода CYNEQ на случай 1D и 2D представлений магнитного поля
1.3. Обобщение кода CYNEQ на случай произвольной анизотропии функции распределения электронов по питч-углам
1.4. Симулятор кода CYNEQ и его включение в общий транспортный код ASTRA
Глава 2. Сравнение кода CYNEQ с существующими кодами для расчета потерь на ЭЦИ
2.1. Бенчмаркинг кодов для ЭЦ потерь с учетом равновесия плазмы
2.2. Универсальность нормированных профилей ЭЦ потерь и ее роль в оценке точности кодов
Глава 3. Практические задачи расчета потерь на ЭЦИ в токамаках-реакторах
3.1. Роль ЭЦ потерь в стационарных режимах в ИТЭР
3.2. Стабилизирующая роль ЭЦ потерь при возрастании температуры в переходных режимах в ИТЭР
3.3. Возможное влияние неравновесное™ функции распределения электронов (ФРЭ) на ЭЦ потери в ИТЭР
3.4. Роль ЭЦ потерь в токамаке ИГНИТОР
3.5. Обобщение формулы Трубникова для полных потерь в токамаках реакторах на случай неоднородности профилей щ, Те, В
3.6. Нагрев плазмы дивертора ЭЦ излучением из основной плазмы в ИТЭР
Глава 4. Определение функции распределения иадтепловых электронов по
скоростям по спектрам ЭЦИ на пониженных частотах
4.1. Физическая модель для интерпретации измерений ЭЦИ на пониженных
частотах
4.2. Интерпретация измерений в токамаке Т
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Краткая история исследований но тематике диссертации
Задачи, связанные с электронным циклотронным излучением (ЭЦИ), обусловленным ларморовским вращением электронов в магнитном поле, в термоядерной магнитоактивной плазме можно разделить на три группы [1-3].
1) Роль энергетических потерь на ЭЦИ в полном и локальном энергобалансе плазмы.
2) Использование ЭЦИ как диагностического инструмента для определения основных характеристик плазмы.
3) Использование электромагнитных (ЭМ) волн для резонансного ЭЦ нагрева плазмы и ЭЦ поддержания тока.
В диссертации рассмотрены задачи, относящиеся к первой и второй группе.
Энергетические потери термоядерной плазмы вследствие испускания ею ЭЦИ, т.е. потери на «собственное» ЭЦИ (мы будем далее их кратко называть как «потери на ЭЦИ» или «ЭЦ потери»), могут иногда оказаться отрицательной величиной, что соответствует нагреву плазмы (напр., в холодной периферийной плазме, когда нагрев ЭЦ излучением из горячей центральной превышает охлаждение собственными ЭЦ потерями; этот эффект усиливается в случае немалого отражения ЭЦ волн от стенок вакуумной камеры). Поэтому в энергобалансе плазмы вклад «собственного» ЭЦИ следует отличать от нагрева инжектируемыми в плазму ЭМ волнами, распространяющимися в ней как ЭЦ или другие волны. Впервые потери на ЭЦИ были рассчитаны в пионерских работах [4, 5] Трубниковым с участием Бажановой. Задача была решена для полных, т.е. интегральных по объему плазмы, потерь слоем плазмы с однородными профилями температуры, плотности, магнитного поля. Было показано, что, несмотря на то, что мощность спонтанно испускаемого ЭЦИ превышает мощность выделения энергии в результате термоядерных реакций, в процессе переноса этого излучения подавляющая его часть поглощается плазмой (при расчете поглощения ЭЦИ учитывается также и его вынужденное

ЭЦ потерь. Справедливость этих свойств в условиях токамака-реактора, обеспечивается, как и ранее, геометрией плазменного шнура и вакуумной камеры, а также достаточно высоким отражением волн от стенок. Расчеты модифицированного кода CYNEQ для случая произвольной анизотропии функции распределения электронов по питч-углам приведены в разделе 3.3.
1.4. Симулятор кода CYNEQ и его включение в общий транспортный код ASTRA
Потребность в моделировании работы токамаков реакторного уровня с помощью относительно простых одномерных транспортных кодов требует быстрого и одновременно достаточно надежного (особенно в центре плазменного шнура) расчета профиля мощности потерь на ЭЦИ. Для этого необходимо создание симулятора кода CYNEQ, т.е. быстрой упрощенной версии кода, которую можно встроить в общий транспортный код.
Упрощенное описание профиля мощности потерь на ЭЦИ, Рес(р), в случае максвелловская функции распределения электронов получено в [37] (в работе [38] описан расчетный модуль для ASTRA) для однородного одномеризованного магнитного поля (симулятор кода CYNEQ-B(OD)). Оно было основано на следующих упрощениях кода CYNEQ.
1) Использование не точного численного расчета, а аппроксимационных аналитических формул [15] для коэффициентов поглощения (см. далее формулы (1.31)-(1.32)).
2) Простая формула для радиационной температуры, полученная из (1.13) при помощи замены интегралов по объему на эффективные средние значения интеграла (по теореме о среднем);
(coeff (р, со, = (coeff) VeiC, (1.27)
3) Линейная аппроксимация границы оптической плотной внутренней части шнура.