Развитие многопроходного внутрирезонаторного зондирования в томсоновской диагностике и его применение в исследовании электронного компонента в динамических экспериментах на токамаке ФТ-2

• Автор: Куприенко, Денис Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 118 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Роль электронного компонента в экспериментах при нижнегибридном нагреве плазмы. Обзор литературы и постановка задачи.
1.1 Нижнегибридный нагрев на токамаках. Область применения.
1.2 Эксперименты но НГ нагреву на ФТ-2.
1.3 Томсоновская диагностика в исследованиях высокотемпературной плазмы
1.3.1 Введение
1.3.2 Основные компоненты томсоновской диагностики и принципы их работы
1.3.3 Обзор существующих систем томсоновской диагностики
1.3.4 Требования к диагностике
1.3.5 Принципы многопроходного внутрирезонаторного зондирования плазмы.
1.4 Постановка задачи
ГЛАВА 2. Многопроходное внутрирезонаторное зондирование (МВЗ)
плазмы в томсоновской диагностике.
2.1 Реализация на ФТ
2.1.1 Токамак ФТ-2.
2.1.2 Система зондирования
2.1.3 Система сбора света
2.1.4 Точность измерений
2.1.5 Измерения эволюции Те на ФТ
2.2 О возможнос ти применения многопроходного внутрирезонаторного
зондирования на больших установках

2.3 Реализация внутрирезонаторного подхода в двухпроходной системе зондирования на токамаке ТЕХТОЛ.
2.4 Выводы и перспективы
ГЛАВА 3. О влиянии электронной температуры на эффективность
взаимодействия НГ волны с плазмой за счёт механизма параметрического распада.
3.1 Эксперимент с подавлением режима генерации ЫГ тока плазмы.
3.2 Анализ результатов
3.3 Выводы
ГЛАВА 4. Динамика электронного компонента в режимах с улу чшенным
удержанием энергии на токамаке ФТ
4.1 Эффективный нижнегибридный нагрев на токамаке ФТ-2.
4.2 Влияние нижнегибридного нагрева плазмы на электронный перенос в токамаке ФТ
4.3 Влияние быстрой динамики тока плазмы на электронный перенос в плазме токамака ФТ
4.4 Общие закономерности подавления электронного теплового переноса в динамических режимах токамака ФТ-2.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение
Исследования по управляемому термоядерному синтезу (УТС) в мире ещё на ранней стадии своего развития пришли к необходимости развития методов дополнительного нагрева плазмы, без которых невозможно достижение условий термоядерно]! реакции. Применение дополнительных к джоулеву нагреву способов нагрева плазмы началось довольно давно (в 70-е годы). С развитием методов и способов увеличения энергосодержания плазмы практически сразу пришло понимание того, что для повышения эффективности нагрева недостаточно технологического усовершенствования источников нагрева (увеличения мощности, длительности импульса нагрева), так как энергетическое время жизни плазмы падает с ростом вкладываемой мощности те ~ Р‘05. Крайне важным с точки зрения эффективности дополнительного нагрева является получение режимов разряда, которые бы обеспечили наиболее эффективную передачу энергии от внешнего источника (электромагнитной волны или частиц) к ионам и электронам плазмы.
Качественным скачком в поиске эффективных сценариев развития плазменного разряда явилось обнаружение режимов с улучшенным удержанием энергии на различных плазменных установках. Начало этому положило наблюдение так называемой Н-моды на немецком токамаке АБОЕХ в 1982г. [1], после чего началось активное исследование режимов с улучшенным удержанием и способов их получения на различных установках. Важным этапом в развитии этих исследований стало обнаружение периферийного и внутреннего транспортных барьеров, образование которых существенным образом влияло на качество удержания в плазме. В наше время изучение транспортных барьеров, режимов с улучшенным удержанием, механизмов перехода и отключения этих режимов, являются приоритетными направлениями исследований в УТС во всём мире.
На токамаке ФТ-2, главным направлением исследований которого было изучение взаимодействия волн нижнегибридного диапазона с плазмой, в своё время также были обнаружены режимы с улучшенным удержанием в различных сценариях разряда, например, при нижнегибридном (НГ) нагреве плазмы [2]. Однако о переходе в новое качественное состояние плазмы в этих экспериментах можно было судить лишь по косвенным признакам: по падению свечения линии Нр , по подавлению турбулентности, по росту глобального энергосодержания на основании данных диамагнитных измерений. Для подтверждения факга перехода в состояние с улучшенным удержанием, а также для понимания механизмов этого перехода
полупроводниковых детекторов, электроники, компьютеров и пр. со временем привело к появлению томсоновских систем, способных удовлетворять гораздо более серьёзные требования экспериментаторов, чем однократное измерение температуры за время разряда. В настоящее время существует довольно много успешных реализаций томсоновских диагностик на различных установках. Каждая из этих систем по-своему уникальна как по набору компонентов диагностики, так и в силу большого разнообразия конструкций самих установок.
Одна из наиболее удачных и технологически сложных из работающих ныне систем - ТД на токомаке DIII-D [57]. Система зондирования этой диагностики состоит из 8-ми Nd:YAG лазеров, каждый из которых способен работать в квазинепрерывном режиме с частотой генерации импульсов 20 Гц (1 Дж в импульсе). Соответственно максимальная частота генерации импульсов в этой системе 160 Гц при одновременной работе всех лазеров с задержкой относительно друг друга. Кроме того, запуски лазеров друг относительно друга можно сдвигать, при этом минимальный интервал между импульсами зондирования составляет 100 мкс. Рассеянный свет передаётся на полихроматоры посредством оптоволокна. Всего в системе 40 полихроматоров, по 8 спектральных каналов в каждом. В качестве детекторов используются лавинные фотодиоды. Таким образом система позволяет измерять профиль с 40 пространственными точками с разрешением 1.3 см и погрешностью ~ 6% при ne = 5х1019 т'3.
Одной из первых известных TV систем была ТД на американском токомаке TFTR [62], а позднее на RTP [60] . В системе на RTP использовался рубиновый лазер, который давал 2 импульса по 12.5 Дж во время разряда токамака. Рассеянный свет собирался со всей 300 мм хорды токамака и с помощью обычной оптики (в силу небольших размеров установки регистрирующая часть системы располагалась вблизи токамака) поступал в спектрометр. После усиления в усилителе яркости (Image Intencifier) сигнал разделялся оптически в отношении 50% на 50% и каждая часть сигнала попадала на свою ICCD камеру, которая срабатывала однократно во время одного из двух импульсов лазера. Такая система позволяла измерить два профиля электронной температуры и плотности во время одного разряда токамака. На каждом из измеренных профилей было 100 пространственных точек с разрешением 3 мм. Каждое измерение проводилось но 350 спектральным точкам. Удачный дизайн системы позволил получить довольно высокую точность измерений - 5% при пе = 1.5x1019 т’3. Благодаря высокому пространственному разрешению удалось обнаружить тонкие пространственные структуры на профилях температуры и плотности [63].