Энергобаланс высокотемпературной плазмы в стеллараторе Л-2М в режиме модуляции импульса электронно-циклотронного нагрева Текст научной статьи по специальности «Физика»

Энергобаланс высокотемпературной плазмы в стеллараторе Л-2М в режиме модуляции импульса электронно-циклотронного нагрева

Петрова М.Н.1,2

1 - ОФП, лаборатория физико-техническихпроблем 2 - Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, кафедра теплофизики

Е-mail:masha122.petrova@yandex.ru

Введение

Исследования удержания высокотемпературной плазмы в магнитном поле являются весьма актуальными с целью реализации в будущем проектов термоядерной энергетики. Представлены результаты исследований удержания плазмы в квазистационарной трехмерной магнитной конфигурации. Установка Л-2М (ИОФ РАН) -классический стелларатор, работающий в режиме безтокового нагрева высокотемпературной плазмы с помощью импульсов СВЧ-излучения. В представленных экспериментах электронная температура плазмы достигала 1 кеУ (~ 106 К). Исследована эволюция пространственной структуры плазменного шнура с точки зрения распределения температуры и плотности по диаметру, а также достигнутой в данной серии экспериментов энергии плазмы.

Установка и эксперименты

Стелларатор Л-2М - установка для создания и удержания высокотемпературной плазмы, удерживаемой в трехмерной конфигурации квазистационарных магнитных полей [1]. Основным методом создания и нагрева плазмы является электронно-циклотронный резонанс (ЭЦР) с использованием мощных СВЧ-пучков. Для генерации СВЧ используется 2 гиротрона с максимальной мощностью соответственно 800 и 700 kW и перестраиваемым во времени режимом генерации по мощности. Электронная температура плазмы в экспериментах превышает 1 кеУ, максимальная энергия плазмы 800 J, средняя электронная концентрация (0.5^3)*1019 т-3 [2].

В экспериментах независимыми методами измеряются основные параметры плазмы, определяющие её энергобаланс.

Полное энергосодержание плазменного шнура и его эволюция во времени определяется при помощи комбинированной диамагнитной диагностики [3], пространственное распределение электронной температуры - при помощи измерения циклотронного и рентгеновского излучения [4], а распределение электронной плотности плазмы - с помощью микроволнового и лазерного интерферометров с изменяемым направлением луча [5].

600 -,--'--'--'--'--

500 400 300 200 100

0-1--,--------1--

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1 0

г/г

S

Рис. 1. Пространственное распределение электронной температуры в плазменном шнуре

Результаты и обсуждение

Представлены результаты экспериментов для стандартного (одноимпульного), двухгиротронного модулированного и импульсно-периодического режимов нагрева [6]. Анализируется временное изменение пространственного распределения параметров плазмы, роль области энерговклада, а также влияние стенок вакуумной камеры и рециклинг оседающих на стенки водорода и примесей. Радиальное распределение температуры в большинстве случаев соответствует параболе, распределение же плотности характеризуется локальным минимумом в центре и большими градиентами в краевой области.

Благодарности

Автор выражает благодарность своему научному руководителю Василькову Д.Г., а также сотрудникам ОФП Вафину И.Ю.,

Гребенщикову С.Е., Летунову А.А., Мещерякову А.И.,

Степахину В.Д. и Харчеву Н.К. за проведение экспериментов.

1. Abrakov V.V., Akulina D.K., Andryukhina E.D. et al. Nuclear Fusion. 1997, 37, 233-239.

2. Batanov G.M., Belousov V.I., Bondar' Yu.F. et al. Plasma Physics Reports. 2013, 39, 1088-1095.

3. Федянин О.И., Акулина Д.К., Батанов Г.М. и др. Физика плазмы. 2007, 33, 880-890.

4. Воронов Г.С., Акулина Д.К., Батанов Г.М. и др. Физика плазмы. 2010, 36, 595-601.

5. Князев А.В., Летунов А.А., Логвиненко В.П. Приборы и техника эксперимента. 2004, 2, 105-108.

6. Батанов Г.М., Борзосеков В.Д., Васильков Д.Г. и др. Физика плазмы. 2019, 45, 685-694.