|
Магнитные измерения в токамаке с малым аспектным отношением Глобус-М Санкт-Петербургский государственный технический университет Научный руководитель: Сахаров Николай Владимирович, Кандидат Физико Математических наук Данная работа выполнена в Физико Техническом Институте имени Иоффе в лаборатории Высокотемпературной плазмы на новой уникальной установке типа сферический токамак Глобус-М. Плазма в установке Глобус-М имеет предельно малое аспектное отношение (большой радиус плазмы R=0.36м, малый радиус a=0.24м, аспектное отношение А=R/a=1.5, ток плазмы Ip<0.5кА, тороидальное магнитное поле на в центре камеры Bт<0.6Тл) [1]. Сферический токамак имеет ряд преимуществ по сравнению с установками с большим аспектным отношением. В их числе возможность получать большие токи в малом магнитном поле, повышенная устойчивость плазмы, большие величины плазменного давления (параметр βр), естественный дивертор и т.д. Установка с параметрами, близкими к термоядерному реактору, сооруженная на базе сферического токамака, имеет меньшие размеры и стоимость. При интерпретации магнитных измерений в токамаках с малым аспектным отношением R/a оказывается недостаточным использовать методики полученные для цилиндра и использовать поправки на тороидальность. В связи с этим возникает потребность в разработке новых методик расчета плазменных параметров на основе численного моделирования, в частности с помощью расчета равновесия плазмы в токамаке. В данной работе приведена система магнитных диагностик, и методики их обработки, которые были разработаны для измерения средних плазменных параметров на основе магнитных измерений. Проведен анализ полученных результатов и сформулированы рекомендации для разработки аналогичных методик для других установок. Система магнитной диагностики токамака состоит из магнитных петель для измерения, внешнего и внутреннего напряжения на обходе тора, вертикального и горизонтального магнитного потока, тороидального магнитного плазменного потока; поясов Роговского для измерения токов в обмотках системы питания, тока плазмы, суммарного тока по плазме и вакуумной камере; трех типов магнитных зондов - однокомпонентные градиентные зонды для измерения градиента магнитного потока, двухкомпонентные зонды определения формы магнитной поверхности и однокомпонентные зонды для измерения сигнала МГД неустойчивостей. Для исследования методики определения радиального положения плазмы и полоидального b , а также реконструкции магнитных поверхностей, использовалась программа расчета равновесных магнитных конфигураций.Программа разработана и выполнена на языке программирования Си для IBM/PC в Научно Исследовательском Институте Электрофизической Аппаратуры имени Д. В. Ефремова. В процессе работы проведена дополнительная адаптация программы для условий экспериментов. Учтены, в частности токи, протекающие по вакуумной камере. Так же продемонстрировано соответствие расчетов с кодом EFIT [2], который в дальнейшем будет использоваться для реконструкции равновесия плазмы в токамаке в различных режимах работы токамака. С помощью расчетов магнитного равновесия были разработаны методики определения радиального положения плазменного шнура и полоидального b .Зависимость радиального смещения плазменного шнура от магнитных полей на границе плазмы или тока по плазме и магнитного потока:
Y - полоидальный поток, Y 1 и Y 2 - магнитный поток соответственно на внешнем и внутреннем обходе вакуумной камеры, А- численные коэффициенты, полученные эмпирическим путем, при этом, эти коэффициенты становятся равными при большом аспектном отношении токамака, - параметр, который характеризует положение магнитных зонтов относительно лимитера и является константой для каждой установки.
Зависимость тороидального плазменного потока от полоидального b :
В случае токамака Глобус-М эта функция пропорциональна большому радиусу и не зависит от малого радиуса. В пределе большого аспектного отношения эта функция очень слабо зависит от R и формула переходит в известное выражение для цилиндра. j - функция, которая находится по результатам расчета равновесия и определяется параметрами плазмы в токамаке.В результате работы была продемонстрирована возможность использования всех магнитных диагностик, которые могут быть использованы для токамака с предельным аспектным отношением. Алгоритмы расчета плазменных параметров были использованы для обработки экспериментов. Имеются временные зависимости величин для первых экспериментов. Формула для определения положения плазмы применима в автоматической системе обратной связью. Проведены расчеты равновесных магнитных конфигураций для плазменных экспериментов [3], [4]. Расчеты сравнивались с результатами скоростной видеосъемки плазменного шнура. Список публикаций: [1] В.К. Гусев и др., "Сферический токамак Глобус-М", ЖТФ, 1999 г., т. 69, вып. 9. [2]L.L. Lao, H.E. St. John, R.D. Stambaugh, A.G. Kellman, and W. Pfeiffer, "IEFIT - An Interactive Approach to High Temperature Fusion Plasma Magnetic Equilibirum Fitting",Nucl. Fusion 25 (1985) 1611. [3] Belyakov, V., et al., "First Plasma Experiments on Spherical Tokamak Globus-M", (Proc. of 27th EPS Conf. On Controlled Fusion and Plasma Physics, Budapest, 2000), (2000) P2.013. [4] Gusev, V., et al., " Plasma Formation and First OH Experiments in the Globus-M Tokamak ", (Proc. of 18th Fusion Energy Conference, Sorrento, Italy, 2000), (2000) EXP1/03 |
(1)
(2)| (c) АСФ России, 2001 |