1 / 28

МГД – устойчивость «горячей» вращающейся плазмы Эксперимент ПСП - 2

МГД – устойчивость «горячей» вращающейся плазмы Эксперимент ПСП - 2. Волосов В. И. Декабрь, 2008. Проблема снижения уровня радиальных потерь и подавления МГД неустойчивостей в открытых магнитных ловушках.

Download Presentation

МГД – устойчивость «горячей» вращающейся плазмы Эксперимент ПСП - 2

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. МГД – устойчивость «горячей» вращающейся плазмыЭксперимент ПСП - 2 Волосов В. И. Декабрь, 2008

  2. Проблема снижения уровня радиальных потерь и подавления МГД неустойчивостей в открытых магнитных ловушках Фактор существенно влияющий на уровень МГД колебаний: «Электрический шир» - проскальзывание слоев плазмы в некотором интервале по радиусу. Эксперименты: • ПР – 7 Yu.V.Gott, M.S.Ioffe, B.I.Kanaev et. al. Nucl. Fusion Supplement 1975, ( IAEA- CN – 33/D3) 55. • ОГРА – 2 Л. И. Артеменков, Г. Ф. Богданов, И. Н. Головин и др. Препринт ИАЭ 676,М, (1964). • 2X–II B W.C.Turner , J.F.Clauser, F.H.Coensgen, et.al., Nucl. Fusion 19 N8 (1979) 1011. • TMX T.C.Simonen,C.A.Anderson,T.A.Casper, et.al., Nucl. Fusion Suppl.1 (1981) 97. • ITER (review) Terry P.W., Rev. Mod. Phys., Vol. 72, N1, January 2000; Connor J.W., Fukuda T., Garber X., et.al., Nucl.Fusion 44, (2004) R1-R40; Donne’A.J.H. Plasma Phys. Control. Fusion 44 (2002) B137-B158. • GAMMA-10 T.Cho, H.Higaki, M.Hirata, et al, Trans, Fusion Science and Technology. 47, (2005) 9. • GDT Bagryansky P.A., Beklemishev A.D., Soldatkina E.I., Fusion Science and Technology, Vol. 51, N 2T ( 2007) 340: Soldatkina E.I., Bagryansky P.A., Solomakhin A.L., Plasma Physics Reports, Vol. 34, Issue 4 ( 2008) 259

  3. E x B плазма • Lehnert, B., Phys. Fluids 9 (1966) 1367. • Lehnert, B., Phys. Scr. 7 (1973) 102;Lehnert, B., Phys. Scr. 9 (1974) 189. • Lehnert, B., Nucl. Fusion 11(1971) 485

  4. Предварительные численные расчеты для эксперимента ПСП-2 Задача о желобковых колебаниях в центробежной ловушке без учета продольных токов Бехтенев А.А., Волосов В.И., ЖТФ 47, N7, (1977) 1450. БехтеневА.А., ВандегрифтГ.Г., ВолосовВ.И., ФизикаПлазмы14, N3 (1988) 292 M.Rosenbluth, A.Simon, Phys. Fluids, 8, 1300 (1965), А.В. Тимофеев. Ядерный синтез, 6, (1966) 93  - возмущенный потенциал,m-азимутальное волновое число; -частота колебаний; g=(MR)-1(dp/dn); R–радиус кривизны силовых линий магнитного поля; M, Ti–масса и температура ионов; i,pi-циклотронная и плазменная частоты для ионов Уравнение получено в предположении i/a <<1 и eEi≤ Wi, где i- ларморовский радиус иона с энергией Wi, a - градиентный размер плазмы. Ниже рассматривается задача в случае достаточно сильного электрического поля eEi> Wi, т.е. когда условие eEi≤ Wi нарушено. Можно показать, что и в этом случае уравнение остается справедливым с точностью до i/a при Ri≥ a2.

  5. Зависимость инкремента от m для различных профилей частоты электрического дрейфа для профиля E{r}, определяемого при различных  : 1- 0, 2- 0,25, 3- 0,4, 4-0,5, 5-0,6, 6-1,0 ВеличинаE(r) выражается через E{r}: Параметры, приближенные к условиям эксперимента ПСП-2 r1=20 см, r2=50 см, a=10 см H0=3.104 Э, H(r=40см)=2.3.104Э, E0=23кВ/см плотная водородная плазма с Тi=10 кэВ (энергия вращения WE=5кэВ)

  6. Задача о желобковых колебаниях в центробежной ловушке с учетом продольных токов  - возмущенный потенциал. когда средний разброс по энергии электронов порядка их температуры Стабилизирующее действие продольного тока определяется динамической проводимостью участка плазма–электрод, т.е. током j0 - равновесная плотность тока, L - длина системы,p- время жизни электронов Для достаточно горячей и редкой плазмы: e- время электрон-электронного обмена энергией с температурой электронов Te - высота энергетического барьера или энергия электронов вблизи границы спектра.  – энергия, которую электроны могут набрать за время последнего пролета через ловушку t Основной процесс, определяющий обмен энергией между электронами - кулоновское взаимодействие А=1 при условии Введем продольные токи электронов в уравнение Саймона – Розенблюта:

  7. Зависимость инкремента  от величины (1/рTэ) при для различных m

  8. Зависимость инкремента  от величины (1/рTэ) при для различных m

  9. Эксперимент ПСП -02 (1980 г.) 1 - коаксиальные электроды 2 - кольцевой клапан 3 -внешний лайнер 4 - внутренний лайнер 5 - датчики нейтральных атомов Спектры плазменных колебаний через 1 мс после начала разряда для разных профилей электрического поля: WTi=10 КэВ, L~50 см, Utotal≤60 КэВ, D=24 см, dc=12 см, Hc=9 КГс, R=2.5, ne=1012см-3, сжатый по z разряд

  10. Эксперимент ПСП-2 Разрез установки ПСП-2: 1 - катушки магнитного поля; 2 - область плазмы; 3 - внешний лайнер; 4 – внутренний лайнер; 5 - электродная система; 6 – система в/в питания Параметры ПСП-2 r2=51 см, r1=32 см, L=160 см, U ~ 0.45 - 0.5 МВ, Q=100 кДж, Hc=9.0-10.3 КГс, R=2.4, P=10-7Торр, S разряд – решетка из Ti колец Us = 270, 300, 330 и 360 кВ JN = 40-70 A

  11. Размещение диагностической аппаратуры в плоскости z=0 субмиллиметровый интерферометр (1-5) 1-HCN-лазер, 2- волновод, 3--хордовый интерферометр, 4-радиальный интерферометр, 5- InSb детекторы; анализатор нейтралов (6-8) 6-обдирочная камера , 7- камера анализатора, 8-микроканальная пластина; оптическая система (9-12) 9- коллиматор , 10 - монохроматор ,11- ФЭУ, 12- диссектор, вторично-эмиссионные детекторы (13) ячейки Пеннинга (14)

  12. Осциллограммы

  13. Радиальное распределение плотности плазмы во времени в режиме U=330 кВ

  14. Радиальное распределение плотности плазмы в начале стационарной фазы разряда

  15. Распределение токов JNпо радиусу

  16. Осциллограммы: JN(t) и IN(t); шаг по времени 0,4 мс (отн. единицы)

  17. Энергетические спектры нейтральных атомов перезарядки Сплошные линии - эксперимент; r=33.5см; и r=37 см; штриховая линия- расчет, r=37 см.

  18. Профили линии Hв различных режимах Экспериментальные точки: Us=270 кВ(t=100-500мкс), Us=360 кВ(t=100мкс); расчетные кривые дляUs=360 кВ (t=100 мкс); =0 (1), =0.25 (2), =0.4, (3).

  19. Профили линии Hпри Us=360 кВ для различных моментов времени t=100 мкс (1), t=200-500мкс (2)

  20. Распределение E(r) 1 - по скорости вращения плазмы, ф - экспериментальные точки из энергетических спектров нейтраловперезарядки, - из профиля линии H; 2 - проекция электрического поля на торце в центр плазмы - экспериментальные точки

  21. Распределение потенциала в центральной плоскости (1),проекция потенциала на торце в центр плазмы (2), Us=330 кВ

  22. Радиальные профили плотности плазмы и нейтрального газа в режиме Us=270 кВ n(r) - плотность плазмы 1- эксперимент (t=200мкс), 2- расчет при D=0, и no(r) - эксперимент , 3- расчет при D=0, и no(r)= const no(r) - плотность нейтрального газа 4-эксперимент, 5- расчет

  23. Радиальные профили плотности плазмы и нейтрального газа в режиме Us=360 кВ n(r) - плотность плазмы: 1- эксперимент (t=200мкс), 2- расчет при D=0, и no(r) - эксперимент , 3- расчет при D=106см2 с-1, no(r) = const. no(r) -плотность нейтрального газа; 4-эксперимент, 5- расчет

  24. Свойства ЕхВ разряда уравнение непрерывности ( стационарный разряд) ионизация ионами и электронами плазмы перезарядка скорость перезарядного дрейфа r- смещение в одном акте перезарядки Профиль плотности плазмы: где При наличии радиальной диффузии необходимо учитывать вклад D≠ 0

  25. Функция (VE)

  26. Заключение • Показано, что эффект «проскальзывания» плюс контактплазмы с торцами в магнитной ловушке с радиальным электрическим полем позволяет подавить в горячей плазме центробежную желобковую неустойчивость. • Центробежная желобковая неустойчивость подавляется несмотря на сильную неравновесность этой плазмы (Wi>>Te) , а также неравновесность спектра ионов Wi. • Наблюдается кинетическая неустойчивость приводящая к перекачке части энергии ионов к электронам. • Хотя расчеты были проведены только для центробежной желобковой неустойчивости, в эксперименте не наблюдается никаких других типов МГД активности.

More Related