Автореферат диссертации А.Н. Романникова
advertisement
На правах рукописи Романников Александр Николаевич ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАВНОВЕСНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОСНОВНОЙ ИОННОЙ КОМПОНЕНТЫ И ЕЁ СТАЦИОНАРНОГО ВРАЩЕНИЯ В ПЛАЗМЕ ТОКАМАКОВ 01.04.08 - физика плазмы Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Троицк – 2008 Работа выполнена в Отделе физики токамаков реакторов Государственного научного центра Российской Федерации Троицкого института инновационных и термоядерных исследований Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Ковальский Н.Г. доктор физико-математических наук, профессор Курнаев В. А. доктор физико-математических наук Готт Ю.В. Ведущая организация: Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе, (СанктПетербург) Защита состоится «27 » июня 2008 г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета ДС 201.004.01 ГНЦ РФ ТРИНИТИ по адресу: 142190, г. Троицк, Московской области. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНЦ РФ ТРИНИТИ. Автореферат разослан « » 200 г. Ученый секретарь диссертационного совета кандидат физико-математических наук Казаков С. А. I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ. Актуальность проблемы. Изучение магнитного удержания высокотемпературной плазмы в установках типа токамак является одним из ключевых направлений исследований по программе управляемого термоядерного синтеза (УТС). Современный этап экспериментов на токамаках характеризуется, в первую очередь, поиском путей улучшения эффективности термоядерного реактора. Особую актуальность в этих условиях получили исследования поведения ионов изотопов водорода (водорода, дейтерия и трития) и скоростей стационарного вращения этих ионов в токамаке. С одной стороны, именно ионы изотопов водорода будут вступать в термоядерную реакцию, поэтому их нагрев и удержание являются определяющими для реактора. С другой стороны, в современном представлении об удержании плазмы в токамаке одну из ключевых ролей играют тороидальные и полоидальные потоки ионов на магнитных поверхностях, а так же радиальное электрическое поле. Исследование радиальных профилей температуры основных ионов плазмы, исследование влияние изотопного состава на удержание плазмы, измерение магнитных скоростей поверхностях потоков токамака, основных понимание ионов на природы формирования радиального электрического поля в токамаке – все это представляет интерес, как с точки зрения выяснения физических механизмов удержания высокотемпературной плазмы, так и для надежного предсказания рабочих режимов в условиях, характерных для будущего термоядерного реактора. Задачей диссертационной работы является экспериментальное изучение и описание физических механизмов формирования функции распределения по энергиям основных ионов плазмы в центральных областях токамаков. В диссертационной работе рассматриваются три основных направления исследований: 1. Исследование влияния изотопного состава на энергетическое время жизни плазмы и исследование воздействия борсодержащих материалов, используемых для покрытия стенок и лимиторов токамаков, на изотопный состав плазмы. 2. Исследование физических механизмов формирования радиальных профилей ионной температуры дейтерия в режимах с ионно-циклотронным нагревом на малой добавке водорода, в режимах с эргодическим дивертором и в режимах с большой гофрировкой тороидального магнитного поля. 3. Экспериментальное и теоретическое исследование скоростей потоков основной компоненты плазмы (дейтерия) в тороидальном и полоидальном направлениях, скоростей потоков примесей, а также процессов формирования стационарного радиального электрического поля в плазме токамака. Научная новизна работы заключается в следующем: 1. Проведено экспериментальное исследование поведения изотопного состава плазмы в условиях боронизованной стенки на токамаке Т-11М (Россия). Показано, что карборан на основе водорода, используемый для боронизации камеры на российских и китайских токамаках, приводит к значительному увеличению концентрации ионов водорода в дейтериевой плазме разряда. 2. Продемонстрирована отличная от ЕМ0.5 зависимость поведения энергетического времени жизни плазмы Е при изменении эффективного изотопного веса ионов М от 1 до 2 в экспериментах с омическим нагревом в токамаке FTU (Италия). 3. Проведены измерения спектров потоков нейтралов перезарядки и радиального профиля температуры дейтерия и циклотронном водорода при, нагреве на так малой называемом, добавке ионов ионно- водорода в присутствии ионов бора в токамаке Т-11М. Эти измерения, впервые проведенные на токамаках, могут служить доказательством предсказанного ранее механизма нагрева ионов дейтерия полностью ионизованными ионами бора, которые получили энергию от волны, образованной в ионной берштейновской результате конверсии быстрой магнитозвуковой волны вблизи ион - ионного гибридного резонанса. 4. Показана возможность формирования в токамаках необычных плоских, или даже с минимумом в центре плазменного шнура, радиальных профилей ионной температуры при определенных величинах запаса устойчивости на примере исследования омических разрядов в токамаке TORE-SUPRA (Франция). 5. Впервые показано, что при работе эргодического дивертора существенно уменьшается центральная ионная температура в экспериментах на токамаке TORE-SUPRA. 6. Получен новый эффект: влияние радиального электрического поля плазмы токамака на доплеровский сдвиг спектральных линий в методе, в котором измеряется линейчатое излучение при различных квантовых переходах возбужденных ионов, образующихся в результате перезарядки (CXRS). Этот эффект, с одной стороны, приводит к ухудшению точности измерения скорости полоидального вращения плазмы, с другой стороны, дает принципиальную возможность измерения радиального электрического поля токамака. 7. Разработан метод измерения скорости полоидального вращения ионов дейтерия, как основной компоненты плазмы, при резких изменениях радиального электрического поля и проведены пионерские измерения скорости вращения плазмы методом корпускулярной диагностикой при переходе в режим улучшенного удержания на токамаке Т-11М. 8. Разработан метод измерения скорости тороидального вращения ионов дейтерия, как основной компоненты плазмы, и впервые на токамаках проведены измерения скорости тороидального вращения дейтерия, используя корпускулярные анализаторы токамака TORE-SUPRA. 9. Автором получено интегральное соотношение, связывающее радиальное электрическое поле, скорость тороидального и полоидального вращения плазмы и градиенты температуры и плотности ионов. Показана возможность использования уравнения Пуассона в условиях квазинейтральности плазмы. Научное и практическое значение работы: Приведенное автором экспериментальное исследование поведения изотопного состава плазмы токамака Т-11М показало, что при использовании карборана для боронизации камеры и лимиторов токамака желательно во время синтеза этого вещества, применять дейтерий вместо водорода. Проведенное исследование зависимости энергетического времени жизни плазмы E от изотопного состава показало, что изменение E от эффективного атомного веса ионов плазмы может существенно отличаться от традиционной зависимости ЕМ0.5. Так как отсутствует в настоящее время понимание природы «изотопического эффекта» в токамаке, этот результат может существенно упростить подходы к теоретическому объяснению данного эффекта. Приведены измерения функции распределения по энергиям ионов водорода и дейтерия в целом подтверждающие механизм нагрева основных ионов дейтерия полностью ионизованными ионами бора на токамаке Т-11М. Это открывает возможность применения подобной схемы, с использованием ионов бериллия, в токамаке ITER. Автором показано, что в некоторых режимах работы будущего токамака-реактора могут возникнуть условия, которые приведут к формированию плоских, или даже с провалом в области центра плазмы радиальных профилей ионной температуры за счет гофрировки тороидального поля. Снижение центральной температуры ионов является негативным фактором. Поэтому, в реакторе необходимо будет избегать появления подобных режимов. Проведенное автором исследование доплеровского сдвига спектральных линий в зависимости от электрического поля при измерении методом диагностического CXRS, инструмента может для электрического поля в плазме токамака. служить измерения основой радиального Разработка методики прямого измерения скоростей потоков основных ионов плазмы и впервые проведенные измерения скоростей полоидальных и тороидальных потоков, открывают новые горизонты исследования процессов формирования различных улучшенных режимов удержания плазмы токамака. Полученное связывающее автором радиальное интегральное электрическое соотношение, поле, скорость тороидального и полоидального вращения плазмы и градиенты температуры и плотности ионов, дает новое условие равновесия плазмы и может позволить связать экспериментально наблюдаемые скорости потоков плазмы с процессами удержания электронов и ионов для некоторых режимов работы токамаков. Достоверность и обоснованность результатов исследований определяется проведением экспериментов в широком диапазоне параметров плазмы, сравнением особенностей поведения основных ионов плазмы в различных токамаках (Т-11М, Tore-Supra, FTU), новыми возможностями стандартных диагностических методик. Обоснованность приводимых выводов базируется на подробном анализе современных экспериментальных и теоретических исследований функций распределения основных ионов плазмы. Как указано ниже, полученные автором результаты прошли апробацию на видных российских и международных форумах, опубликованы в ведущих журналах по физике плазмы, что дополнительно свидетельствует об обоснованности и надежности результатов диссертации. Основные положения, выносимые на защиту: 1. Результаты исследования поведения изотопного состава плазмы токамака Т-11М в условиях боронизованной стенки. Показано, что наряду с улучшением характеристик плазмы, карборан на основе водорода, который используется для боронизации, приводит к значительному увеличению концентрации ионов водорода в дейтериевой плазме разряда. Исследования привели к практическому результату - необходимости замены в карборане водорода на дейтерий. 2. Более сильная зависимость энергетического времени жизни плазмы от изотопного состава, чем общепринятая E~ M0.5 (M – средняя масса водородных ионов в плазме), при изменении эффективного атомного веса ионов плазмы от 1 до 2. 3. Результаты исследования радиального профиля температуры ионов дейтерия и водорода при ионно-циклотронном нагреве на малой добавке водорода в присутствии ионов бора в токамаке Т-11М. Эти измерения, впервые проведенные на токамаках, могут служить подтверждением механизма нагрева основных ионов дейтерия полностью ионизованными ионами бора, которые получили энергию от ионной бернштейновской волны, образованной в результате конверсии быстрой магнитозвуковой волны вблизи ион - ионного гибридного резонанса. 4. Обнаружение в токамаках с большой тороидальной гофрировкой плоских или даже с провалом в центре радиальных профилей ионной температуры (при определенных величинах запаса устойчивости) на примере исследования омических разрядов без пилообразных колебаний в плазме токамака TORE-SUPRA. 5. Результаты исследования влияния работы эргодического дивертора на уменьшение ионной температуры на оси плазмы в экспериментах на токамаке TORE-SUPRA. 6. Обнаружение эффекта, который проявляется в зависимости доплеровского сдвига спектральной линии от радиального электрического поля плазмы токамака при измерениях методом CXRS. Этот эффект приводит к необходимости введения поправок при измерении скорости полоидального вращения плазмы, но при этом дает принципиальную возможность измерения радиального электрического поля. 7. Метод измерения скорости полоидального вращения основных ионов при резких изменениях радиального электрического поля плазмы и пионерские измерения скорости вращения плазмы с помощью корпускулярной диагностики при переходе в режим улучшенного удержания на токамаке Т-11М. 8. Метод измерения скорости тороидального вращения основных ионов и впервые на токамаках проведенные измерения скорости тороидального вращения дейтерия в TORE-SUPRA. 9. Автором получено интегральное соотношение, связывающее радиальное электрическое поле, скорость тороидального и полоидального вращения плазмы и градиенты температуры и плотности ионов. Оно характеризует условие равновесия плазмы в целом и может быть использовано для расчета радиального электрического поля для некоторых режимов работы токамаков. Апробация работы: Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на Международных конференциях (Yokohama-1998, Montreal-1996, по Физике плазмы Cleawode-1991), и УТС Европейских конференциях по УТС и физике плазмы (London-2004, SanktPeterburg – 2003, Montreux-2002, Budapest-2000, Maastricht-1999, Berchtesgaden-1997, Innsbruck-1992, Amsterdam-1990), Интернациональной Шервудской теоретической конференции по управляемому синтезу (Wisconsin-1997), Совещание технического совета по малым установкам для управляемому синтезу (Sao Paulo2001), Всесоюзном совещании по диагностике высокотемпературной плазмы (Звенигород-2007, Троицк-2003, Санкт-Петербург 1997), на Конференциях по физике плазмы и УТС РАН (Звенигород 1987, 2007), а также на семинарах ТРИНИТИ (Троицк 1984 – 2004), на семинаре ЛФТИ им. М.С.Иоффе (Санкт-Петербург 1998), на научных семинарах ИЯС РНЦ «Курчатовский Институт» (Москва 2003, 2006-2007), на научных семинарах токамака Tore-Supra (Cadarache, France, 1998-200, 2003-2005). Публикации. По материалам диссертации опубликовано 41 работа, из них 12 в реферированных журналах. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 225 страниц. Диссертация содержит 83 рисунка, 6 таблиц и список литературы из 176 наименований. II КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Диссертация состоит из Введения, четырех Глав и Заключения: Во Введении дана общая характеристика работы, обосновывается актуальность темы, приводится литературный обзор исследований поведения основных ионов плазмы в токамаках. Дается описание содержания диссертации и основных результатов, выносимых на защиту. Первая глава диссертации – вводная. В Первом параграфе этой главы излагается используемый автором подход к обоснованию, применению и ограничениям метода исследования потоков нейтралов из плазмы токамака. В основе этого подхода лежит аппроксимация пассивного потока нейтралов вдоль хорды измерения асимптотическим решением интегралов типа интеграла Лапласа. Обоснованы экспериментально реализованные возможности метода корпускулярной диагностики и показаны ограничения, которые привели в настоящее время к частичному отказу от использования потоков нейтралов для интерпретации поведения основных ионов плазмы. Во Втором параграфе показаны схемы размещения корпускулярных анализаторов на токамаках Т-11М, FTU и TORE- SUPRA, при помощи которых были проведены все экспериментальные исследования, изложенные в диссертации. Приведены схемы конструкции анализаторов и их основные характеристики. Во Второй главе представлены экспериментальные исследования, связанные с изотопным составом ионов плазмы на токомаках Т-11М и FTU. В Первом параграфе кратко излагаются метод боронизации стенок токамака Т-11М карбораном (С2В10Н12) и эксперименты по изучению параметров плазмы в условиях боронизованных стенок и лимиторов. Приводятся полученные автором экспериментальные данные по изотопному составу дейтериевой плазмы после боронизации. Приведен график изменения содержания водорода в дейтериевой плазме в зависимости от числа разрядов после боронизации. Показано, что борсодержащие пленки, покрывающие камеру токамака источником и лимиторы, поступления являются водорода в дополнительным разряд. Для ионно- циклотронного нагрева на малой добавке водорода (основная экспериментальная программа, проводимая на токамаке Т-11М), подобное поведение изотопного состава не позволяет вести полноценные эксперименты по нагреву плазмы. Главный вывод данного раздела диссертации - это необходимость замены в карборане водорода на дейтерий. Во Втором параграфе кратко представлен обзор экспериментов, связанных с так называемым «изотопическим эффектом». Далее приведено описание серии экспериментов на установке FTU по измерению зависимости энергетического времени жизни плазмы от эффективного атомного веса ионов. Показано, что происходит быстрое увеличение энергетического времени жизни плазмы в области, где эффективный атомный вес рабочего газа составляет 1.4-1.6. Третья глава посвящена исследованию радиальных профилей температуры ионов дейтерия и водорода в различных экспериментальных режимах на токамаках Т-11М и TORE-SUPRA. В Первом параграфе представлены экспериментальные исследования радиального профиля температуры ионов дейтерия и водорода при ионно-циклотронном нагреве на малой добавке водорода в присутствии небольшой концентрации ионов бора в токамаке Т-11М. Большая эффективность нагрева по сравнению с экспериментами, проводимыми ранее, одинаковое поведение «хвостов» функции распределения ионов водорода по энергиям в старых и новых режимах и пикирование центрального профиля температуры дейтерия – может служить подтверждением существования нового механизма нагрева ионов дейтерия в присутствие ионов бора Во Втором параграфе проведены исследования радиального профиля ионной температуры дейтерия в омических разрядах на токамаке TORE-SUPRA в зависимости от различных параметров плазмы. Измерения проводились методом активной корпускулярной диагностики. Одновременно измерялся профиль температуры С 5+ вдоль диагностического пучка и центральная ионная температура Cr22+. При запасе устойчивости на границе близком к 3 были открыты режимы с плоскими, или даже с провалом в области центра плазмы, профилями температуры ионов дейтерия и С5+. Дано качественное объяснение этого эффекта. В Третьем параграфе Третьей главы представлены результаты экспериментов, показывающие заметное уменьшение температуры ионов дейтерия в центре плазмы в результате влияние работы эргодического дивертора на токамаке TORE-SUPRA. Дается простое объяснение этому явлению, связанное с эффективным уменьшением малого радиуса плазмы. В Четвертой главе представлены результаты исследований стационарного вращения ионов плазмы в тороидальном и полоидальном направлениях, а также исследования радиального электрического поля в плазме токамака. Во Введении к этой главе рассмотрены основные следствия неоклассической теории для скоростей потоков ионов плазмы. Отмечены проблемы согласования расчетных скоростей вращения ионов с экспериментальными и направления исследований, позволяющие связывать теорию с существующими экспериментами. Рассмотрены особенности применимости спектроскопии излучения ионов примесей, которое возникает за счет перезарядки ионов на диагностическом пучке (CXRS). Эти особенности, связанные с геометрией расположения конечного времени примесей, приводят линий жизни к видимости возбужденного искажению диагностики состояния спектральных и ионов линий и необходимости существенной коррекции измеряемых скоростей потоков ионов. В Первом параграфе рассматривается новый эффект, связанный с радиальным электрическим полем в плазме. Этот эффект проявляется в том, что при измерении методом CXRS, возникает добавочный (к обычно существующим сдвигам) сдвиг спектральной линии, пропорциональный радиальному электрическому полю. Этот сдвиг происходит в двух направлениях: полоидальном и радиальном. Учет сдвига спектральной линии в случае измерения излучения примесей, например, гелия, приводит к необходимости коррекции рассчитанной скорости полоидального вращения исследуемых ионов по абсолютной величине примерно на 30%. Сдвиг линии в радиальном по малому радиусу направлении может быть использован для исследования электрических полей в плазме токамаков, в дополнении к диагностики пучком тяжелых ионов. Во Втором параграфе Четвертой главы приведены экспериментальные исследования скорости полоидального вращения основных ионов в центральных областях плазмы при переходе в режим улучшенного удержания на токамаке Т-11М. Во Введении обосновывается методика расчета скорости полоидального вращения ионов дейтерия или водорода из измерений нецентрального потока нейтралов перезарядки при заданной энергии нейтралов. Сравнивая временной ход потоков нейтралов перезарядки дейтерия в сторону полоидального вращения плазмы и против этого вращения, было рассчитано изменение скорости полоидального вращения плазмы в данных режимах. Изменение скорости было направлено в сторону диамагнитного дрейфа ионов дейтерия, а абсолютная величина этой скорости составила около 9 кмс. Эти измерения подтвердили существование перехода в режим улучшенного удержания плазмы токамака Т-11М. В Третьем параграфе проведено исследование скорости тороидального вращения ионов дейтерия и хрома в центральной области омической плазмы токамака проводились двумя методами – TORE-SUPRA. Измерения методом рентгеновской спектроскопии тяжелых примесей и предложенным автором диссертации новым методом, измеряющим скорости потоков основных ионов плазмы. Сравнивая спектры нейтралов перезарядки дейтерия по энергиям в тангенциальном направлении и перпендикулярном направлении к центральной силовой линии магнитного поля, рассчитывалась абсолютная величина тороидальной скорости вращения ионов дейтерия. Эксперименты, проведенные с обращением тока плазмы, подтвердили эффективность предложенного метода. Скорость тороидального вращения ионов хрома была сравнима со скоростью вращения ионов дейтерия. Скорость была направлена против тока плазмы и равнялась примерно 2030 кмс. Приводится теоретическая модель формирования скорости тороидального вращения, объясняющая полученные результаты. В Четвертом параграфе Четвертой главы представлен предложенный автором подход к объяснению природы радиального электрического поля плазмы в токамаке. Показана возможность использования уравнения Пуассона для расчета электрического поля в условиях квазинейтральности. При этом плотность зарядов в плазме выбирается в виде: e (ni (r ) ne (r )) e (ni/ (r ) ne/ (r )) j (r ) V (r ) c2 , где e (ni (r ) ne (r )) - разность плотности зарядов на магнитной поверхности в лабораторной системе координат; e (ni/ (r ) ne/ (r )) разностью плотности зарядов на магнитной поверхности во вращающейся системе координат; e - заряд электрона; ni (r ) плотность ионов и ne (r ) - плотность электронов; j (r ) - плотность тока плазмы, V (r ) - скорость тороидального вращения плазмы. Проанализированы нетривиальные следствия данного подхода, такие как: существование большого радиального электрического поля в лабораторной системе координат в случае точного равенства концентраций электронов и ионов на магнитных поверхностях в мгновенных инерционных вращающихся системах координат для этих поверхностей; вращение плазмы по току в центральных областях в электрического случае поля, Продемонстрировано большого отрицательного связанного качественное с j (r ) V (r ) c2 согласие радиального , и т.д. полученных соотношений с экспериментами для некоторых режимов работы токамака TORE-SUPRA. В Заключении сформулированы основные результаты и выводы работы. III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Экспериментальные исследования, проведенные автором при работе над Диссертацией, посвящены изучению поведения функции распределения ионов дейтерия и водорода по энергиям в условиях переменного изотопного состава плазмы, в условиях ионноциклотронного нагрева на малой добавке водорода в присутствии ионов бора, в условиях большой гофрировки тороидального магнитного поля и воздействия на плазму эргодического дивертора. Теоретические исследования посвящены развитию нового подхода в изучении тороидального вращения основных ионов плазмы и радиального электрического поля. Разработанные автором в ходе проведенных исследований подходы к исследованию основных ионов плазмы, могут обеспечить важный вклад на пути сооружения экономически эффективного и надежного токамака-реактора. Основные результаты работы: Исследование поведения изотопного состава плазмы в условиях боронизованной стенки, проведенное на токамаке Т-11М, показало, что на ряду с улучшением характеристик плазмы, карборан на основе водорода, который используется для боронизации, приводит к значительному увеличению концентрации ионов водорода в дейтериевой плазме разряда. Это исследование стало критическим в вопросе необходимости замены в карборане водорода на дейтерий для работы ИЦР нагревом на токамаке Т-11М. На примере серии омических экспериментов в токамаке FTU была открыта новая зависимость увеличения энергетического времени жизни плазмы от изотопного состава основной компоненты при изменении эффективного атомного веса ионов плазмы от 1 до 2. Подобное поведение энергетического времени жизни, которое косвенно наблюдалось так же на токамаке ASDEX, может существенно упростить подходы к теоретическому объяснению данного эффекта. Проведены измерения спектров потоков нейтралов перезарядки и радиального профиля температуры ионов дейтерия и водорода при ионно-циклотронном нагреве на малой добавке водорода в присутствии небольшой концентрации ионов бора в токамаке Т-11М. Эти измерения, впервые проведенные на токамаках, могут в целом служить доказательством механизма нагрева основных ионов дейтерия полностью ионизованными ионами бора, которые получили энергию от ионной берштейновской волны, образованной в результате конверсии быстрой магнитозвуковой волны вблизи ион - ионного гибридного резонанса. Данные эксперименты открывают возможность применения подобной схемы, только с использованием ионов бериллия, в токамаке ITER. Открытие в токамаках с большой тороидальной гофрировкой плоских, или даже с провалом в области центра плазмы, радиальных профилей ионной температуры (при определенных величинах запаса устойчивости) на примере исследования омических разрядов плазмы токамака TORE-SUPRA. Так как избежать гофрировки тороидального магнитного поля будущего токамака – реактора, повидимому, не удастся, открытые автором профили ионной температуры могут возникнуть в некоторых режимах работы реактора. Снижение центральной температуры ионов является негативным фактором. Поэтому, в реакторе необходимо будет избегать появления подобных режимов. Впервые показано, что эргодический дивертор заметно уменьшает температуру ионов на оси плазмы в экспериментах на токамаке TORE-SUPRA. Получен новый эффект: влияние радиального электрического поля плазмы токамака на измеряемый доплеровский сдвиг спектральных линий методом CXRS. Этот эффект приводит к ухудшению точности измерения скорости полоидального вращения плазмы. Измерение радиального электрического поля в плазме токамака является крайне трудно осуществимой задачей. Рассчитанный автором сдвиг линий в методе CXRS при наблюдении в направлении малого радиуса токамака, пропорциональный электрическому полю, может служить новым диагностическим инструментом для измерения радиального электрического поля в плазме токамака Разработан метод измерения скорости полоидального и тороидального вращения основных ионов вращения основных ионов. Эти методики прямого измерения скоростей потоков основных ионов и измерения скоростей полоидальных и тороидальных потоков, впервые в мире проведенные автором на токамаке Т-11М и TORE-SUPRA, открывают новые горизонты исследования процессов формирования различных режимов удержания плазмы. Показана возможность использования уравнения Пуассона для расчета электрического поля в условиях квазинейтральности плазмы. Полученное автором сложное интегральное соотношение, связывающее радиальное электрическое поле, скорость тороидального и полоидального вращение и градиенты температуры и плотности ионов, дает условие равновесия плазмы в целом и позволяет в некоторых случаях связать экспериментально наблюдаемые скорости потоков плазмы с процессами удержания электронов и ионов. Диссертационная работа была частично поддержана Департаментом Атомной науки и техники в рамках Научной Школы Стрелкова В. С., Госконтракт 02.516.11.6068. Основные положения диссертации содержатся в следующих опубликованных работах: 1. Gorelenkov N.N., RomannikovA.N. To the question of adiabatic Rcompression in tokamak // Proc. 17th EPS Conf. on Contr. Fus. and Plasma Phys., Amsterdam,1990. V. II. P. 914-917 2. Гореленков Н.Н. Романников А.Н К вопросу адиабатического Rсжатия в токамаке. Препринт ИАЭ-5070/6 М.: ИАЭ, 1990 3. E.A.Azizov , O.I.Buzhinsky , Chernobay A., Romannikov A. et al. The investigation of properties of Ohmic and ion-cyclotron plasma in the condition of boronized tokamak wall. // 19th EPS Conf. on Contr. Fus. and Plasma Phys. 1992. Innsbruck. V16. Part I. P. I-47. 4. O.I. Buzhinsky, E.A. Azizov, A.M. Belov et al. A boronization technique for T-3M and T-11M tokamak chambers // J. Nucl. Mater. 1992. V. 191–194. P. 1413-1416 5. Э.А. Азизов, А.М.Белов, О.И. Бужинский, А.Н. Романников и др. Исследование ионно-циклотронного нагрева плазмы в токамаке11М //Физика плазмы. 1994. Т.20. C. 1060-1064 6. V.M. Sharapov, S.V. Mirnov, S.A. Grashin et al. Boronization of Russian tokamaks from carborane precursors // J. Nucl. Mater. 1995. V. 220–222. P.730-735. 7. Mirnov S.V., Kovan I.A., Romannikov A.N., et al. Positive current spike generation during major disruptions and ICRH heating experiments of L-H transition on the T-11M tokamak // Sixteenth International Conf. on Fusion Energy. Montreal.1996. V.1. P.763-77 / Proceedings of the 16th International Conference on Fusion Energy. IAEA. Montreal. 11 October 1996 (IAEA. Vienna. 1997). V. 1. P. 763-770 8. Романников А.Н. Особенности поведения энергетического времени жизни от изотопического состава в экспериментах на токамаке FTU //'Прикладная физика. 1992. T.4. С.77-80 9. I.A Kovan., A.N. Romannikov, Yu.V. Petrov, On the peculiarities of L-H transition on the T-11M tokamak // 24th EPS Conf. on Contr. Fus. and Plasma Phys. Berchtesgaden. 1997. P1.106. V.21A. P.409412 10.А.Н.Романников, А.П. Чернобай О возможности исследования изменения скорости полоидального вращения плазмы для L-H переходов в токамаке методом корпускулярной диагностики.// Физика плазмы. 1997. T. 23. №12. С.1119-1122 11. Gorelenkova M.N., Gorelenkov N.N., Azizov E.A., Romannikov A.N.Herrmann H.W. Kinetic Theory of plasma adiabatic major radius compression in tokamak // Techn. Rep. PPPL-3269. October 1997 12. Gorelenkova M.N., Gorelenkov N.N., Azizov E.A., Romannikov A.N. Toroidal effects on adiabatic R-compression in tokamaks // Abstracts of International Sherwood Fusion Theory Conference. Wisconsin. Apr.28-30.1997 13.Romannikov A.N. Possibility of studying the change in the poloidal plasmarotation velocity for some tokamak’s regimes by CX diagnostics // 9th National Topical Conf. on High-Temperature Plasma Diagn., Russia, Saint-Petersburg. 2-4 June.1997. Book Of Abstract. P-II-6 14. Equipe Tore Supra. Towards high-power long-pulse operation on Tore Supra // 17th Conference on Fusion Energy. IAEA. Proceedings. Yokohama. Japan. October 1998. V.1. P. 83-89 15. Gorelenkova M.N., Gorelenkov N.N., Azizov E.A., Romannikov A.N.Herrmann H.W Kinetic theory of plasma adiabatic major radius compression in tokamaks // Phys. Plasmas. 1998. V. 5. P. 1345-1353 16.Романников А.Н. Исследование особенностей поведения ионной функции распределения в токамаках // Диссертация к.ф-м.н. ГНЦ РФ ТРИНИТИ. Москва.1998 17.А.Н.Романников, Е.Хуттер О возможности исследования изменения скорости тороидального вращения плазмы в режимах нижнегибридного и ионно-циклотронного нагревов методом корпускулярной диагностики // Физика плазмы.1999.Т.25.С.133136. 18.A.N. Romannikov, T. Hutter, P. Platz, First measurements of core toroidal rotation by deuterium neutral flux analysis // Proc. 26th EPS Conf. on Contr.Fus. and Plasma Phys. Maastricht, 1999. P3.019. P. 1029-1032 19. A. Lyssoivan, R. Koch, Romannikov A. et al. ICRH plasma production in TORE-SUPRA: analysis of antenna coupling and plasma properties // Proc. 26th EPS Conf. on Contr.Fus. and Plasma Phys. Maastricht, 1999 P2.040. P. 737-740 20.Romannikov A.N., Chernobai A.I. Effect of the radial electric field on the accuracy of poloidal plasma rotation measurements by CXR spectroscopy // 27th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics. Budapest (Hungry). 2000. Abstracts of invited and contributed papers. P3.101. P.409 21.A.N. Romannikov, C. Bourdelle, J. Bucalossi et al. Measurement of central toroidal rotation in ohmic Tore Supra plasmas // Nuclear Fusion. 2000. V. 40. P. 319-324. 22. Азизов Э.А., Красильников, А.В. Романников А.Н. и др. Исследование поведения высоко энергичных ионов при ионноциклотронном нагреве в плазме токамака Т-11М ( в рамках проектов ITER, T-15M и TSP-AST) // Научный отчет 10/НИР5056. 27.12.2000 23. Equipe Tore Supra Steady state operation and control experiments on Tore-Supra // Nuclear Fusion. 2000. V.40. P. 1047-1054 24. Азизов Э.А., Кован И.А., Романников А.Н. и др. ИЦ нагрев плазмы токамака Т-11М до термоядерных температур// Научный отчет 10/НИР-5064. 27.12.2000 25. E. A. Azizov, O. I. Buzhinsky, A. N. Romannikov et al. Experiment’s tasks of tokamak T11 Upgrade// 14th IAEA Technical Comm. Meeting on Research Using Small Fusion Devices. Book of Abstracts, P.9. June 25-27, 2001. Sao Paulo. Brazil 26.Романников А.Н., Чернобай А.И. Влияние радиального электрического поля на измерения полоидального вращения плазмы токамака методом спектроскопии перезарядных ионов // Физика плазмы. 2001. Т.27. C.1050-1052 27.Романников А.Н., Чернобай А.И. Воздействие радиального электрического поля на функцию распределения ионов, измеренную методом спектроскопии перезаряженных ионов // ОФТР. Теоретические и экспериментальные исследования в 2001 г. Т.1. Троицк. 2002. С. 28-30 28. Азизов Э.А., Красильников, А.В., Романников А.Н. и др. Исследование поведения высоко энергичных ионов при ионноциклотронном нагреве в плазме токамака Т-11М (в рамках проектов ITER, T-15M и TSP-AST) // Научный отчет 10/НИР5056. 26.12.2002 29. Азизов Э.А., Красильников, А.В., Романников А.Н. и др. ИЦ нагрев плазмы токамакаТ-11М // Научный отчет 10/НИР-5064. 29.12.2002 30.Romannikov A. To the question of discrepancy between measured poloidal rotation velocity Vp in a tokamak plasma by corpuscular and CXRS methods and its predictions under the collisionless neoclassical theory // Proc. 29th EPS Conf. on Contr.Fus. and Plasma Phys. Montreux. 2002. V.2. P.119-122 31. А. Романников, Ю. Петров, П. Платц, и др. Профили ионной температуры вдоль водородного диагностического пучка для плазмы токамака TORE-SUPRA // Физика плазмы. 2002. Т.28. C. 110-118 32. Romannikov A. Rotation Distinction of a Measured Poloidal Velocity Vp in a Tokamak Plasma by Corpuscular and CXRS Methods from a Neo-Classical Collisionless Vp // Sherwood Fusion Theory Conference. Rochester. April 22-24. 2002. 1D16 33. Романников А., Агапов В. Влияние изменения плотности вдоль дрейфовых траекторий ионов на скорости полоидального и тороидального вращения плазмы в токамаках // ОФТР. Теоретические и экспериментальные исследования в 2002 г. Т.1. Троицк. 2003. С. 28-30 34. E. A. Azizov, Yu. P. Arefiev, А. N. Romannikov et al. Experimental programs and diagnostics on T-11M tokamak // 10th National Topical Conf. on High-Temperature Plasma Diagn. Russia. Troitsk. 8-13 June. 2003. Book Of Abstract. A2 35. Романников А.Н. Влияние изменения плотности вдоль дрейфовых траекторий ионов на скорости полоидального и тороидального вращения бесстолкновительной плазмы токамака //Физика плазмы. 2003. Т.29. С. 691-697 36.C. Fenzi-Bonizec, C. Bourdelle, G.T. Hoang et al. Effect of Toroidal Rotation Generated by ICRF Waves on Core Energy Confinement // 31th EPS Conference on Plasma Phys. London. 2004. V.28G. P-4099. CD-ROM. Proceedings of the 31st EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics. London. 2004. edited by P. Norreys and H. Hutchinson (European Physical Society. Geneva. 2004) 37.Белов А.М., Маркин А.И., Алексеев А.Г., Мирнов С.В., Романников А.Н. Экспериментальное исследование быстрых нейтральных атомов, генерируемых в течение срыва в токамаке Т-11М // XXXI Звенигородская конференция по физике плазмы и УТС. 16-20 февраля. 2004. Аннотации докладов. М34. 38. Romannikov A., Fenzi-Bonizec C. A poloidal non-uniformity of the collisionless parallel current in a tokamak plasma // Abstracts of 9th Easter Plasma Meeting on Stability and Confinement of Magnetized Plasma. Turin. Italy. 29.03-01.04. 2005 39.Романников А. электрического Н. О возможной поля и профиля природе скорости радиального тороидального вращения плазмы в токамаке // Тезисы докладов XXXIV Звенигородской конференции по физике плазмы и УТС. 12-16 февраля. 2007. C.24 40.А.Н. Романников, К. Фензи-Бонезек Измерение ассиметрии скорости тороидального вращения ионов С+6 на магнитной поверхности в омической плазме токамака Торе-Супра // ХII Всероссийская конференция «Диагностика высокотемпературной плазмы». ДВП-12.3-9 июня 2007. Звенигород. Тезисы докладов. С.68 41.Romannikov A. Certain considerations concerning the nature of radial electric field and toroidal rotation velocity profile in tokamak plasma // Plasma Physics and Controlled Fusion. 2007. V.49. P. 641647