lh переход при низкой плотности в токамаке asdex upgrade

XXXI Звенигородская конференция по физике плазмы и УТС, 16 – 20 февраля 2004 г.
L-H ПЕРЕХОД ПРИ НИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ В ТОКАМАКЕ ASDEX UPGRADE
С.В. Лебедев, В.Е. Голант, Ф. Ритер*, Х-Ю. Фарбах*, М. Райх*, В. Суттроп*, Х. Цом*,
коллектив ASDEX Upgrade*
Физико-технический институт им А.Ф. Иоффе, С-Петербург,
e-mail: sergei.lebedev@mail.ioffe.ru
*
Институт физики плазмы им. М. Планка, ассоциация ЕВРАТОМ, Гархинг, Германия
Увеличение пороговой мощности L-H перехода при низкой плотности отмечалось
многими авторами [1,2,3,4]. Для объяснения наблюдаемого явления предлагались различные
механизмы [2,3,4], однако действительная физическая причина остается неясной.
Исследование, выполненное на токамаке ASDEX Upgrade, посвящено этой теме.
Были исследованы L-H переходы при средних плотностях 1.88-3.51019 м-3 при
использовании различных методов нагрева. В этих опытах мощность, выделяющаяся в
плазме менялась от 0.36 до 2.6 МВт (Pnet=Pinput-Pshine-Porbit-dW/dt, где Pinput – полная мощность
нагрева, Pshine – доля мощности нейтрального пучка, проходящая насквозь, Porbit – потери
мощности с неудерживаемых ионных орбит. Мощностью радиационных потерь Prad
пренебрегалось). Плазменный ток и магнитное поле менялись в пределах 0.54-1.07 МА и 1.32.7 Тл, соответственно. Все разряды были осуществлены в однонулевой диверторной
конфигурации с вытянутостью k  1.6 и треугольностью  в диапазоне -0.072 – 0.306.
При плотности выше 3.251019 м-3 пороговая мощность L-H перехода соответствует
скейлингу, описывающему данные ASDEX Upgrade [5]: Pthr=1.98 n0.79 Bt0.56, здесь Pthr, n и Bt
выражены в МВт, 1020 м-3 и Тл, соответственно. При плотностях меньше 2.11019 м-3 с
доступными уровнями вводимой мощности (Pnet=2.06 (Pnet=МВт) получить L-H переход не
удается. В диапазоне плотностей 2.1-3.251019 м-3 был обнаружен значительный разброс в
пороговой мощности перехода Pthr. Этот разброс свидетельствует о существовании других
факторов помимо n и Bt, влияющих на Pthr, либо о нарушении зависимости Pthr от n и Bt,
приведенной в [5], при низких плотностях. Анализ влияния , Ip, Bt и методов нагрева на Pthr
показал, что треугольность и плазменный ток слабо влияют на пороговую мощность.
Зависимость Pthr(Bt), по-видимому, более сильная, чем предполагает скейлинг [5].
Обнаружено, что поведение Pthr при низкой плотности зависит от метода нагрева. Порог
резко растет при низкой плотности, если используется преимущественно электронный
нагрев – ЭЦРН. В то же время, при использовании преимущественно ионного нагрева
(нейтральная инжекция), необходимая для L-H перехода мощность оказывается даже ниже
скейлинга 1.98 n0.79 Bt0.56. Кроме того, обнаружено, что периферийная электронная
температура (r=0.95a) в разрядах с переходом ниже, чем в разрядах без перехода. Эти факты
указывают на существенную роль электрон-ионного теплообмена в механизме перехода.
Сильный рост Pthr при n ниже 2.6·1019 м-3 может быть интерпретирован в предположении
пониженного e-i теплообмена, приводящего к уменьшению потока тепла в ионную
компоненту при низкой плотности. Измерения Ti(0.95a), намеченные на 2004 г., могут
прояснить значение обсуждаемого эффекта.
L-H переходы при низкой плотности обладают рядом особенностей. Как правило, они
происходят медленнее, чем при плотности выше 3.01019 м-3. В ряде случаев наблюдается
двухступенчатый переход, с ростом Te(0.95a) на первой стадии и улучшением удержания
частиц на второй.
XXXI Звенигородская конференция по физике плазмы и УТС, 16 – 20 февраля 2004 г.
Литература
[1]. F. Wagner, et al, PRL, 49(1982), 1408
[2]. K. Burrell, et al, PRL, 59(1987), 1432
[3]. F. Ryter, et al, PPCF, 36(1994), A99
[4]. S. Fielding, et al, IAEA, Seville, 1994, v.II, 29
[5]. F. Ryter, et al, PPCF, 44 (2002), A415