Определение энергосодержания плазмы по ее диамагнетизму

• Автор: Алейников, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 104 с.

Оглавление
Введение.
1. Обзор теоретических подходов и методов определения энергосодержания плазмы по ее диамагнетизму.
2. Теория диамагнетизма плазмы при произвольном распределении тока по сечению камеры.
2.1. Постановка задачи
2.2. Исходная система уравнений
2.3. Вычисление магнитного потока через зонд
2.4. Вычисление и В,
2.5. Парамагнитный эффект от продольного тока
2.6. Результаты
3. Развитие методов определения энергосодержания плазмы на основе теории диамагнетизма.
3.1. Дополнительные условия к экспериментам с точки зрения теории диамагнетизма
3.2. Применение теории к обработке экспериментальных данных на установке СПИН-М
3.2.1. Определение характеристик плазмы
3.2.2. Оптический плазмоскоп
3.2.3. Определение энергосодержания плазмы по экспериментальным данным
3.3. Подготовка методики экспериментального определения необходимых характеристик плазмы в “коротком” пробкотро-
не на установке ГОЛ
3.3.1. Характеристики экспериментальной установки и обзор проводимых на ней исследований

3.3.2. Определение диамагнетизма в экспериментах по двухступенчатому нагреву плазмы
3.3.3. Регистрация поперечного профиля плазмы с помощью рентгеновского ЭОП на базе МКП
3.3.4. Трехкадровая система рентгеновских ЭОП
3.4. Перспективы использования 3-кадровой системы РЭОП для
определения характеристик плазмы
Заключение
Приложения
А. Вычисление Вг и В методом изображений
Б. Вычисление коэффициентов разложения в ряд Фурье
Введение

Физика газового разряда в настоящее время находит все более широкое применение в науке и технике. Так, поиск новых источников энергии, с одной стороны отвечающих экологическим эксплуатационным нормам, а с другой — достаточно дешевых и простых в использовании, вызвал интенсивное развитие плазменных технологий и термоядерной техники.
Наиболее продвинутой схемой магнитного удержания плазмы в настоящий момент являются токамаки — магнитные ловушки с тороидальной конфигурацией удерживающего плазму магнитного поля. На экспериментальных токамаках к настоящему времени достигнута температура плазмы свыше 20 кэВ при значительном времени удержания. Однако, если рассматривать их как возможный промышленный термоядерный реактор, то они обладают рядом существенных недостатков. В первую очередь, сюда следует отнести проблему снижения уровня радиации, а также сложность топологии токамаков, которая порождает проблемы с вводом топлива и выводом отработавших продуктов реакций и затрудняет при необходимости разборку и замену рабочей камеры.
Альтернативой токамакам являются многообразные схемы открытых магнитных ловушек [1, 2, 3], в которых область удержания плазмы ограничена в направлении силовых линий и выглядит как деформированный с торцов отрезок цилиндра. Наиболее известный пример — так называемый пробкотрон (или зеркальная ловушка), среди достоинств которого следует отметить топологическую простоту и возможность достижения высоких значений давления плазмы к давлению внешнего магнитного поля. Кроме того, именно открытые ловушки потенциально наиболее пригодны для использования практически нерадиоактивного термоядерного топлива из дейтерия и гелия-3 [4, 5]. Достигнутые к настоящему времени параметры плазмы в этих ловушках (1 Ч- 2 кэВ при требуемых для начала реакции 4 ч-5), в целом, уступают параметрам плазмы в токамаках, однако их топо-

ми задача будет квазистационарной. В этом случае в каждой точке сумма давлений магнитного поля и газокинетического давления плазмы должна сохраняться постоянной. Здесь необходимо отметить, что пространственная конфигурация плазменного столба однозначно определяется условиями равновесия, следовательно, зависимостями от координаты г, вообще говоря, пренебречь нельзя. При изменении параметров плазмы и тока3 магнитный поток через сечение зонда изменяется, что приводит к возникновению ЭДС на концах витка. Именно по этому сигналу можно рассчитать диамагнетизм плазмы. Нашей задачей является выяснение зависимости величины сигнала от степени неоднородности тока, текущего через плазму.
2.2. Исходная система уравнений
Будем исходить из условия равновесия
Vр -Ь х В] — 0 (52)
и уравнений
4 7Г
го1 В = —j (53)
йю В = 0. (54)
Записав эти уравнения в цилиндрической системе координат [67] и приняв, что величина продольного поля Вц — Во + В2, где Во — величина внешнего поля, а В, — продольная компонента поля, создаваемого плазмой, выразим и > через и получим следующую систему уравнений:
д д 47г . В», 4п др
В2 + —Вг = —55 дг дг с Во Во дг
1д д 4п.Вг 4п 1 др
--Вх~ — В1р = — Эх — - — - (56)
г д(р дг с Во Во г <7<р
3Свяжем координаты г,- и <р{ с г-тым элементом тока плазмы, а текущие координаты будем обозначать г и <р.