Аксиально-симметричная амбиполярная ловушка АМБАЛ-М

Аксиально-симметричная амбиполярная
ловушка АМБАЛ-М
Т.Д.Ахметов, В.С.Белкин, Е.Д.Бендер, И.О.Беспамятнов, В.И.Давыденко,
Г.И.Димов, А.С.Донин, А.Н.Драничников, Е.А.Гилев, С.Б.Земцов, В.Г.Игошин,
А.А.Кабанцев, В.М.Карлинер, Ю.В.Коваленко, А.С.Кривенко, С.В.Максимова,
И.И.Морозов, И.К.Парахин, М.Б.Персов, П.А.Поташев, В.В.Разоренов,
В.Б.Рева, В.Я.Савкин, Е.А.Сборщиков, В.Г.Соколов, Е.И.Солдаткина,
С.Ю.Таскаев, А.Д.Хильченко, Ю.С.Храмов, Г.И.Шульженко
Содержание
 Эксперименты на концевой системе
 Эксперименты на центральном соленоиде
 Прогресс на GAMMA-10
Проект аксиально-симметричной
амбиполярной ловушки АМБАЛ-М
В экспериментальном зале
Концевая система АМБАЛ-М
1 – катушки пробкотрона, 2 – соленоид источника плазмы, 3 – источник плазмы,
4 – плазмоприемник, 5 – катушки полукаспа, 6 и 7 – входная и выходная пробки.
Термоизолированная плазма в пробкотроне
Продольные профили потенциала плазмы
Параметры плазмы в пробкотроне
a ~ 8 см
n ~ 0.8·1013 см-3
Ei~ 200 эВ
Te~50 эВ
1- на периферии, 2- вдоль силовой линии из
канала источника, 3- вдоль силовой линии из
половинного радиуса канала, 4- на оси
Протекание тока вдоль концевой системы
Ie~ 1 кА
МГД-устойчивость плазмы в концевой системе
Измеренный профиль давления плазмы в полукаспе
Зона
неадиабатичности
Плазма полукаспа обеспечивает 3-х кратный запас МГД устойчивости
МГД-устойчивость плазмы сохраняется при отключении полукаспа
Возможные причины:
•Благоприятный профиль давления в пробкотроне
•Вмороженность в источник плазмы
Электростатический и магнитный перенос
~
~
D ~ 2  105 cm 2 / c
E ~ cn~E cos(n~E ) B
~
~
DM ~ -  dn dr  ~ 0,3  104 см 2 с
B ~ u0 n~Br cos( n~Br ) B
Электростатический Магнитный -
Спектры колебаний плотности и
магнитного поля
.
Спектр магнитного потока
Эксперименты на центральном соленоиде
Центральный соленоид АМБАЛ-М
Горячая плазма в центральном соленоиде
АМБАЛ-М
Механизмы получения горячей плазмы в соленоиде
•Стохастический нагрев ионов электростатическими флуктуациями
•Нагрев электронов продольным током
•Термоизоляция во входной пробке
Параметры плазмы в соленоиде
L  6 m, D  0.4 m, n  2·1013 cm-3, Ti  200 eV, Te  45 eV,  ~ 0.05
Эксперимент с отсечкой тока в источнике
Осциллограмма тока источника плазмы
Радиальные профили плотности плазмы
Осциллограмма плотности плазмы
Поперечный перенос в спокойной стадии
~
cE  ~
~
r  
n cos(~n , E  )
B
D ~ 2  103 cm 2 / c
Увеличение плотности плазмы в
центральном соленоиде при напуске водорода
Плотность плазмы на оси
n, 1013 cm-3
5
Диамагнтизм
U, V
6
5
4
4
3
3
2
2
1
0
1
0
2
4
6
8
10
12
14
0
16
0
2
4
6
8
10
12
p, atm.
Профили Te
5
50
Te, eV
4
with gas
3
without gas
40
30
without gas
2
20
1
10
0
0
5
10
15
20
25
30
r, cm
16
p, atm.
6 atm. = 75 lTorr/s
Плотность плазмы
n, 1013 cm-3
14
0
with gas
0
5
10
15
20
25
30
r, cm
Повышение относительного давления
плазмы в центральном соленоиде
= 8n(Ti+Te)/B2
n, 1013 cm-3
5
without gas, B=2 kGs
without gas, B=1 kGs
with gas, B=1 kGs
4
3
2
1
0
0
5
10
15
20
25
30
r, cm
эксп ≈ 30-40%
МГД-стабилизация плазмы в центральном
соленоиде проводящим кожухом
Достижение βcr ~ 0.6 – 0.7
•Заполнение соленоида двумя источниками плазмы
•Инжекция сфокусированного нагревного пучка быстрых атомов
r, cm
80
70
60
50
40
30
20
10
0
100
0
100
200
300
400
500
600
700
800
z, cm
ИЦР нагрев плазмы в центральном соленоиде
2 – 8 МГц, 1 МВт ВЧ-генератор
Плотность 3·1013 см-3 и диаметр 40 см плазмы в соленоиде обеспечивают
распространение быстрых магнитозвуковых волн и приосевой нагрев плазмы
по успешно применяемым в токамаках схемам
Вопросы для исследований
•Эффективность нагрева
•Получение популяции быстрых ионов
•Поперечный перенос при ИЦР нагреве
ВЧ-антенна для центрального соленоида
Вид сбоку
Вид со стороны плазмы
Токовая полоса
Фарадеевский
экран
Боковые графитовые
лимитеры с
наклонными щелями
Схема GAMMA-10
Внутренний транспортный барьер на GAMMA-10
Создание цилиндрического слоя
энергичных электронов в
центральной ячейке
δneh/ne~ 10-5
кэВ
Eeh ~ 2
Развертка рентгеновского
излучения сечения плазмы
Параметры плазмы на GAMMA-10
Te ≈ 750 эВ
Ei ≈ 6.5 кэВ
nс≈ 0.5-1.0·1013 см-3
Заключение
Аксиально-симметричная амбиполярная ловушка
имеет несомненные реакторные перспективы