Динамика нейтрального газа и удержание быстрых ионов в газодинамической ловушке

• Автор: Мурахтин, Сергей Викторович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 88 с. : ил

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
1 Экспериментальная установка.
1.1 Конструкция и основные параметры установки ГДЛ
Вакуумная система и система создания предварительной плазмы
Система атомарной инжекции
1.2 Сценарий эксперимента и параметры плазмы
1.3 Диагностический комплекс
2 Влияние свойств первой стенки на перенос нейтральных частиц.
2.1 Создание вакуумных условий
Испарители титана
Подготовка первой стенки
Контроль вакуумных условий
Массовый состав остаточного газа
2.2 Код для моделирования динамики нейтрального газа
Краткое описание кода
Расчеты для ГДЛ при помощи TUBE
2.3 Результаты измерений и расчетов
2.4 Выводы
3 Исследование удержания и релаксации быстрых ионов.
3.1 Диагностические средства и методика измерений
Калибровка анализатора
3.2 Численный код для моделирования быстрых ионов
3.3 Результаты экспериментов и численного моделирования
Метод анализа глобального баланса энергии
Функция распределения быстрых ионов
3.4 Выводы
4 Изучение динамики нагрева теплых ионов методом резерфордовского рассеяния.
4.1 Основы метода
4.2 Аппаратура и методика измерений
4.3 Результаты экспериментов и численного моделирования
Краткое описание численных кодов
Измерения ионной температуры
4.4 Выводы
Заключение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Газодинамическая ловушка (ГДЛ) принадлежит к системам открытого типа для магнитного удержания плазмы [1|. Наиболее известный пример открытой ловушки — классический пробкотрон Будкера-Поста, идея которого была предложена в середине 50-х годов [2,3]. Он прост по своей конструкции, допускает возможность получения высоких, порядка единицы значений /3, работает в стационарном режиме, имеет естественный канал удаления примесей и продуктов термоядерной реакции. К сожалению, эти достоинства в значительной степени обесцениваются тем обстоятельством, что в простом пробкотроне даже при большом пробочном отношении нельзя добиться коэффициентов усиления мощности 1, заметно превышающих единицу [4]. Чтобы избавиться от этого недостатка, в разное время был предложен ряд усовершенствованных вариантов простого пробкотрона: установки с обращением поля, центробежные ловушки, амбипо-лярные ловушки и другие системы [5]. В принципе, каждая из них допускает получение <5 1, но этот рост достигается за счет заметного усложнения конструкции установки
и физики протекающих процессов.
В конце 70-х годов В.В.Мирновым и Д.Д.Рютовым была предложена газодинамическая ловушка, которая, с одной стороны, сохраняет достоинства классического пробкотрона, а с другой — улучшает его энергетические характеристики [6]. Газодинамическая ловушка представляет собой длинный аксиально-симметричный пробкотрон с большим пробочным отношением Нт 3>1 2 и длиной Ь, превышающие!! длину рассеяния ионов в конус потерь:
£ » А« гп(Дт)/Дт , (°Л)
1 необходимой для поддержания работоспособности реактора.
2#т = Втах/Во — отношение индукции магнитного поля в пробке к его значению в центре ловушки.

t, мс
Рис. 2.8: Динамика изменения плотности нейтрального газа от различных источников, рассчитанная по коду TUBE для средней плоскости. Время t=0 соответствует началу атомарной инжекции.
ных параметров плазмы и атомарной инжекции распределение нейтрального газа было рассчитано при помощи кода TUBE. Особенно подробно динамика газа была определена в областях, где располагались датчики. В расчетах, стенки камеры моделировались замкнутой цилиндрической и конической поверхностью без отверстий для диагностик и атомарных пучков. На рис. 2.7 представлены результаты расчетов, выполненные с использованием модели «с поглощением». Плотность газа, полученная для модели «насыщенной стенки», лишь незначительно выше. Хорошее согласие между численными и экспериментальными результатами позволяют сделать два заключения: во-первых, «свежая Ti-пленка» может быть охарактеризована, как чистая титановая поверхность с коэффициентом рециклинга 7 ~ 1 и, во-вторых, отсутствуют другие источники газа, способные повлиять на быстрые ионы.
Из измеренных данных для «старой Ti-пленки» можно оценить, что через час после напыления, 7 достигает 4. Для условий без напыления титана величина коэффициента рециклинга была оценена как 7=50-100. Рис. 2.8 показывает вычисленное при помощи TUBE временное поведение различных компонент газа, порожденных различными источниками. Особого внимания заслуживают два факта, а именно, что в пике плотно-