Исследование МГД-активности плазмы в установке ГОЛ-3 (отдельные моменты) Докладчик: А. В. Судников А. В. Судников. Семинар плазменных лабораторий

Система диагностики МГД-явлений в плазме ГОЛ-3. Математические методы обработки магнитных измерений Обзор получаемых экспериментальных сигналов Зависимости параметров вращения в скрещенных полях Сигналы в области ионно-циклотронной частоты Продольные корреляции возмущений Заключение План выступления А. В. Судников. Семинар плазменных лабораторий

В работе применялась система диагностики азимутальной компоненты магнитного поля («зондов Мирнова»), использовалась одна 16-канальная сборка, до трёх 2- канальных и до трёх одноканальных. Штриховой линией обозначены компактные (одно- и двухканальные) зонды, двойной 16-канальная измерительная система. Красным выделены зонды, использовавшиеся в экспериментах с длинноимпульсным электронным пучком. Схема применяемых диагностик А. В. Судников. Семинар плазменных лабораторий

Математические методы обработки данных При восстановлении экспериментальные сигналы после фильтрации шумов раскладываются по набору ортогональных азимутальных гармоник. Используемые алгоритмы обработки экспериментального сигнала эквивалентны представлению возмущений тока, приводящих к возмущениям азимутального магнитного поля, в виде деформаций тока, сконцентрированного на границе горячей области плазмы. В дальнейшем различными методами анализируется указанное представление. Примеры сечения эквивалентного тока для различных комбинаций азимутальных мод (расчёт) А. В. Судников. Семинар плазменных лабораторий

Общий вид экспериментальных сигналов А. В. Судников. Семинар плазменных лабораторий Типичный для экспериментов по инжекции сильноточного длинноимпульсного электронного пучка в нейтральный газ вид сигналов двух каналов многоканального датчика азимутального магнитного поля, отстоящих на 180º в сравнении с током и ускоряющей разностью потенциалов.

Режимы с высокой ассиметрией А. В. Судников. Семинар плазменных лабораторий В режимах с высокой ассиметрией протекания токов амплитуда всех мод возмущения возрастает линейно после начала инжекции; наибольшая скорость роста, и, следовательно, наибольшая амплитуда в начальный период времени наблюдается у второй пространственной гармоники. Насыщение высоких пространственных гармоник наступает в ~2 мкс. Первая мода растёт линейно в течение 6–10 мкс.

Режимы со слабой асимметрией А. В. Судников. Семинар плазменных лабораторий В отдельных режимах возмущения на первой азимутальной гармонике проявляются слабо. По окончании линейного роста (~2 мкс) амплитуды высоких мод спадают до незначительного уровня. Причины уточняются.

Time, μs Acceleratingvoltage, kVPhase, rad Вращение первой азимутальной моды А. В. Судников. Семинар плазменных лабораторий Зависимость угловой скорости вращения от режима работы имеет вид: Характер зависимости от магнитного поля не позволяет предположить альфвеновскую природу данного явления.

Для R = 1 см, B z = 1 Тл, ω = 2π × 1 МГц получаем E ~ 60 В/см, q ~ 3.5× Кл/см, что при токе пучка 50 А составляет 7% от его пространственного заряда. Вращение в скрещенных полях моды А. В. Судников. Семинар плазменных лабораторий Порядок величины поля: В случае если электрическое поле создаётся зарядом, сосредоточенным на оси установки (данный случай соответствует вращению токового слоя, внешнего по отношению к нескомпенсированному заряду) Для электрического поля заряда, равномерно распределённого по сечению пучка (что отвечает вращению токового слоя, находящегося внутри области с равномерно распределённым нескомпенсированным пространственным зарядом) В промежуточных ситуациях показатель степени лежит в пределах от 0 до –1.

Возмущения в районе ионно-циклотронной частоты А. В. Судников. Семинар плазменных лабораторий При более высоком ведущем магнитном поле циклотронная частота лежит выше, чем можно зарегистрировать с помощью имеющейся системы диагностики. Сигнал в области ω B f = 4.5 МГц ω B / 2π = 4.2 МГц Полный сигнал (на примере PL11461) Среднее ведущее поле 0.22 Т

Продольные корреляции сигналов. Скорость распространения возмущений А. В. Судников. Семинар плазменных лабораторий Определялся коэффициент корреляции отрезков сигналов длительностью 10÷20 периодов вращения, смещённых друг относительно друга по времени. Из временного сдвига, соответствующего максимальному коэффициенту корреляции, определялась скорость распространения возмущений. Наблюдаемое характерное значение v ~ 10 7 см/с хорошо согласуется с ионно- звуковой скоростью, если температура электронной компоненты не превышает T e ~ 100 eV.

Заключение А. В. Судников. Семинар плазменных лабораторий Диагностированы возмущения токов в плазме при инжекции длинноимпульсного электронного пучка, рассмотрена их модовая структура. Насыщение высоких мод возмущений наступает в ~2 мкс после начала инжекции. Насыщение первой моды может (однако не во всех режимах) наступать позже. Показана зависимость угловой скорости вращения от величины ведущего магнитного поля. Зависимость может быть объяснена E×B дрейфом. Возмущения в области ионно-циклотронной частоты присутствуют, но имеют амплитуду, на порядок меньшую общей амплитуды возмущений. Отличие частоты возмущений от ионно-циклотронной невелико. Возмущения вдоль плазменного шнура распространяются со скоростью, близкой к ионно-звуковой скорости для T e ~ 100 эВ.

Восстановление возмущений магнитного поля по исходным сигналам А. В. Судников. Семинар плазменных лабораторий Исходный сигнал Восстановленный сигнал РЭП