Слайд 1 - Институт Ядерной Физики им.Г.И.Будкера СО РАН

СТАЦИОНАРНОЕ УДЕРЖАНИЕ
АНИЗОТРОПНОЙ ГОРЯЧЕЙ ПЛАЗМЫ
В ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ ЛОВУШКЕ
Группа ГДЛ. ИЯФ СО РАН
Докладчик: А.В.Аникеев
XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г.
СТАЦИОНАРНОЕ УДЕРЖАНИЕ АНИЗОТРОПНОЙ ГОРЯЧЕЙ
ПЛАЗМЫ В ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ ЛОВУШКЕ
А.В.Аникеев1,2, П.А.Багрянский1,2, А.С.Донин1,2, А.В.Кирeенко1, К.Ю.Кириллов2,
М.С.Коржавина2, А.А.Лизунов1, В.В.Максимов1,2, С.В.Мурахтин1,2,
Е.И.Пинженин2, В.В.Приходько1,2, Е.И.Солдаткина1,2, А.Л.Соломахин1,2.
1
2
Институт ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН
Новосибирский государственный университет
План доклада:
 Введение: основные задачи эксперимента.
 Модернизация установки ГДЛ.
 Стационарный режим удержания с инжекцией пучков водорода.
 Стационарный режим удержания с инжекцией пучков дейтерия.
 МГД-устойчивость плазмы в режимах с высоким .
 Эксперименты с концевым компактным пробкотроном.
 Заключение: выводы и планы.
XXXV
XXXIII
Международная
Международная
(Звенигородская)
(Звенигородская)
конференция
конференция
по физике
по физике
плазмы
плазмы
и УТС,
и УТС,
11-15
14февраля
февраля2008
2006г
г.
Установка ГДЛ, в ИЯФ СО РАН, Новосибирск
XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г.
Общая схема установки ГДЛ
Длина
Магнитное поле в центре
в пробке
Пробочное отношение
7м
0.3 Т
до 12 Т
≈ 35
Мишенная плазма:
1013-1014 cм-3, 100-200 эВ
Быстрые ионы (H+,D+):
~1013 см-3, <E>≈10 кэВ
XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г.
Модернизация системы атомарной
инжекции установки ГДЛ
Системы питания (8 модулей): 25 кВ, 60 А, 5 мс
XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г.
Модернизация системы атомарной
инжекции установки ГДЛ
Отработана технология серийного производства и
ввода в эксплуатацию атомарных инжекторов с
«дырочной» ионной оптикой и геометрической
фокусировкой.
Типичные параметры:
энергия мощность длительность импульса -
23 кэВ
до 1 МВт
5 мс
XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г.
Модернизация системы атомарной
инжекции установки ГДЛ
XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г.
Модернизация системы атомарной
инжекции установки ГДЛ
Суммарная мощность инжектируемых нейтральных пучков
t, μs
Захваченная в плазму мощность (без дополнительной инжекции газа)
XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г.
Стационарный режим удержания
Характерное энергетическое время жизни быстрых ионов
относительно торможения на электронах мишенной
плазмы
tE ≈ 700 мкс < τNBI
Удлинение
атомарной
инжекции,
частичное
использование новых фокусированных пучков,
периферийная инжекция нейтрального газа и
оптимизация радиального профиля электрического
потенциала позволили реализовать стационарный
режим удержания плазмы.
XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г.
Схема ГДЛ и размещение диагностик
XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г.
Периферийная инжекция холодного газа
XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г.
Периферийная инжекция холодного газа
Профиль плотности теплой мишенной плазмы
XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г.
Стационарный режим при инжекции H0
Инжектированная и захваченная в плазму мощность
t, μs
XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г.
Стационарный режим при инжекции H0
Температура электронов
Данные системы томсоновского рассеяния и расчетные значения
time after NBI start, ms
XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г.
Стационарный режим при инжекции D0
Инжектированная и захваченная в плазму мощность
XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г.
Стационарный режим при инжекции D0
3
4
5
6
Time, ms
7
8
9
10
3
4
5
6
Time, ms
7
8
9
10
XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г.
Стационарный режим при инжекции D0
Инжектированная и
захваченная в плазму
мощности.
Диамагнетизм плазмы
Плотность потока нейтронов
DD реакции измеренная в
точке остановки.
t, μs
XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г.
Стационарный режим при инжекции D0
Температура электронов
(радиальный профиль)
XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г.
Стационарный режим при инжекции D0
Поперечные профили
потока атомов перезарядки
на искусственной мишени.
22-23 кэВ
17-18 кэВ
14-15 кэВ
XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г.
Стационарный режим при инжекции D0
Радиальный профиль потока протонов DD реакции в точке остановки.
[В.В.Максимов МС-1-22,
четверг, утро]
XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г.
Стационарный режим при инжекции D0
Результаты прошлогодних измерений
при Wf ≈ 750 Дж: max = 45%
В новых экспериментах
из данных измерений
диамагнетизма и
нейтронного потока
max ≥ 60%
Оценка максимальной
плотности быстрых частиц
(в точках отражения)
nf ≥ 4x1013 cm-3
XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г.
В настоящее время модернизированная установка ГДЛ
позволяет провести ряд важных с точки зрения
термоядерных приложений экспериментов
1. Завершен цикл исследований влияния радиального электрического поля
на удержание плазмы в ГДЛ.
[Е.И.Солдаткина МУ-2 - 2]
С помощью специальных электродов
формируется «транспортный барьер»,
обеспечивающий устойчивое удержание
плазмы с  ≈ 50% в стационарном режиме.
При этом конвективные потери поперек
магнитного поля не превышают 1% от
продольных потерь.
XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г.
Теоретическое описание, основанное на результатах экспериментов,
позволяет рекомендовать разработанную методику как эффективное
средство МГД-стабилизации плазмы в термоядерных системах класса
нейтронного источника на основе ГДЛ.
[А.Д Беклемишев МС-2-6 ]
φ, отн. ед.
Δx, cm
Сравнение расчетного и измеренного
профиля потенциала плазмы в области
«ступеньки»
Линии потока плазмы в нелинейной
стадии развития моды m=1
желобковой неустойчивости
XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г.
2. Проведена новая серия экспериментов по изучению накопления и
удержания горячих ионов в компактном пробкотроне, присоединенном
к одной из пробок установки ГДЛ.
[В.В.Приходько МУ-3-7, пятница, утро]
Плотность быстрых ионов в
зависимости от захваченной в плазме
мощности пучков.
Параметры эксперимента:
Магнитное поле B0/Bm 2.4 / 5 Tл
Мощность инжекции
1 МВт
Плотности: nf
3.7x1013 см-3
nw
0.3x1013 см-3
XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г.
3. Изучен эффект амбиполярного запирания потока теплой плазмы
из центральной ячейки установки ГДЛ.
t = 6 мс
Плотность тока ионов в расширитель за КП.
Синяя кривая – без инжекции в КП,
красная – с инжекцией.
Зависимость плотности потока
ионов от мощности инжекции.
XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г.
Заключение
 В результате второго этапа модернизации системы атомарной инжекции на установке
ГДЛ к началу лета 2007 года надежно работала комбинированная система атомарной
инжекции: два старых инжектора типа СТАРТ-3 с увеличенной длительностью
инжекции и четыре инжектора нового поколения с фокусированной «дырочной» ИОС.
Средняя по времени мощность атомарной инжекции после модернизации достигла
3.5 МВт (4 МВт в максимуме).
 В экспериментах по инжекции быстрых атомов водорода удалось получить
стационарный режим удержания плазмы с рекордной на сегодняшний день
электронной температурой в установке ГДЛ 150 эВ, что достаточно хорошо
соответствует предсказаниям теории для имеющейся полной мощности инжекции
нейтральных пучков 3.5 МВт. В специально реализованном «распадном»
эксперименте температура электронов превысила 200 эВ.
 При использовании в системе нагревной инжекции
пучков атомов дейтерия
реализовывался стационарный режим удержания двухкомпонентной плазмы с
высоким относительным давлением  ≈ 60%. Энергосодержание быстрых ионов при
этом превысило килоджоуль. Плотность быстрых ионов со средней энергией 10 кэВ
достигала в точках остановки 4x1013см-3 и была сравнима с плотностью мишенной
плазмы.
 В настоящее время модернизированная установка ГДЛ позволяет провести ряд
важных с точки зрения термоядерных приложений экспериментов.
XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г.