Установка ГДЛ: новейшие результаты и планы П. Багрянский & группа ГДЛ Семинар плазменных лабораторий, 27.10.2009. - презентация

1 Установка ГДЛ: новейшие результаты и планы П. Багрянский & группа ГДЛ Семинар плазменных лабораторий,

2 Содержание: Основные результаты периода «весна-лето 2009»; Результаты модернизации системы атомарной инжекции; Увеличение магнитного поля; Результаты обзорных экспериментов осени 2009; Планы.

3 Основные параметры эксперимента «весна-лето» (D - пучки, Н – плазма) Магнитное поле в центре: кГс Мощность D-инжекции: 3.5 МВт Захваченная мощность: 2 МВт Плотность плазмы: см -3 Электрон. температура: 140 эВ Плотность б. ионов: см -3

4 +150 В Влияние дифференциального вращения плазмы на МГД неустойчивость Вихревое удержание

5 Результаты компьютерного моделирования (А. Д. Беклемишев)

6 Вихревое удержание Расчётное изменение энергетического времени жизни (в относительных единицах, при параметрах ГДЛ единица времени ~30мкс.) Классическое удержание соответствует 43ед., а при исключении поперечных потерь – 50ед. График U=-5, counterflow соответствует режиму спокойного вихревого удержания. График U=0, flow соответствует «бурному» режиму. Результаты расчетов (А. Д. Беклемишев)

7 Источник плазмы Инжекция газа Атомарная инжекция t, ms Временная диаграмма эксперимента Метод поддержания баланса частиц

8 Типичные профили плотности и температуры r хар =12 см

9 Радиальные профили B/B=(B v -B pl )/B v B=2.8 кГс T=7 8.2 мс: Сред. B/B=0.29 Макс. B/B=0.36 D 0 – пучки, H - плазма А. Лизунов, Семинар плазменных лабораторий,

10 Зависимость B/B от времени B=3.0 кГс T=7 8.2 мс: Сред. B/B=0.32 Макс. B/B=0.34 W f = 1.3 кДж D 0 – пучки, H - плазма А. Лизунов, Семинар плазменных лабораторий,

11 Зависимость B/B от энергосодержания быстрых ионов D 0 – пучки, H - плазма А. Лизунов, Семинар плазменных лабораторий,

12 Оценка максимального значения из уравнения параксиального равновесия: B/B v = Оценка максимального значения плотности горячих ионов из: 0.6, =10 кэВ n= см -3 Замечание : при 50% происходит нарушение параксиальности, однако существуют дополнительные экспериментальные данные, показывающие, что плотность горячих ионов может иметь значение n см -3 (ослабление пучка DNBI, поток ионов в расширитель).

13 Электронная температура определяет время удержания горячих ионов:

14 Предельно достижимая температура электронов для режима газодинамического истечения: Мирнов В.В., Ткаченко О.А., препринт ИЯФ поток частиц поток энергии баланс тепла в стационарных условиях T[эВ], P h [МВт], a[cm], n[10 13 см -3 ]

15 Оценка достижимой температуры в режиме с D инжекцией: (P = 2 МВт; R=32; n= см -3, a = 12 см) T = 210 эВ Согласно результатам T 140 эВ (В=2.8 кГс) измерений:T эВ (В=3 кГс) Возможные объяснения: отсутствие стационарных условий поперечные потери высокая плотность теплой плазмы за областями остановки (P = 2 МВт; R=32; n= см -3, a = 12 см) T = 160 эВ

16 Модернизация системы атомарной инжекции Сегодня: 8 пучков H 0, суммарная мощность: в ионах – 8.5 МВт, в нейтралах, непосредственно инжектируемых в плазму, – МВт.

17 Увеличение магнитного поля: Цель работы: увеличение пробочного отношения, обеспечение эффективной работы с инжекцией пучков дейтерия, возможность работы с двумя амбиполярными пробками Результаты: продемонстрирована работоспособность дополнительной системы емкостных накопителей, показано, что при величине напряжения зарядки основной батареи ГДЛ до 4.8 кВ, возможно увеличение поля до 3.5 кГс в центральной плоскости ГДЛ.

18 Осень 2009: H 0 – пучки, H – плазма, P = 4.5 МВт Радиальные профили B/B=(B v -B pl )/B v при W f 850 Дж

19 H 0 – пучки, H – плазма, P = 4.5 МВт Зависимость диамагнетизма от времени B/B v = =10 кэВ, B v =6 кГс n= см -3

20 H 0 – пучки, H – плазма, P = 4.5 МВт n см -3, доля захваченной мощности: 35% (1.6МВт) Зависимость электронной температуры от времени Р h =0.35 P-P cex 1.4 МВт; а=12см; R=32 T e max 190 эВ.

21 H 0 – пучки, H – плазма, P = 4.5 МВт T e =186 4 эВ Максимальное значение электронной температуры в стационарном режиме с n= см -3 и долей захваченной мощности 45% Оценка: T e max =185 эВ

22 H 0 – пучки, D – плазма Зависимость электронной температуры от времени n см -3

23 Особенности поведения плазмы при высоком Центральная плоскость Область остановки Сигналы от диамагнитных зондов в центральной плоскости и R=2. «сырые» сигналыпосле интегрирования

24 Особенности поведения плазмы при высоком Сигналы от системы мониторирования тока пучков F характ 5 кГц

25 Результаты работ периода июль-октябрь 2009: введена в эксплуатацию система атомарной инжекции, состоящая из 8 модулей полной мощностью до 5 мВт (8.5 МВт – в ионах); введен в эксплуатацию дополнительный емкостной накопитель, позволяющий увеличить магнитное поле в центральной плоскости до 0.35 Т и пробочное отношение до R=60; модернизирована система лазерного рассеяния, существенно увеличилась точность измерения температуры электронов; проведена серия обзорных экспериментов с увеличенной мощностью атомарных пучков и получены следующие основные результаты: в режиме с инжекцией пучков Н 0 значение параметра превысило 40%; радиальный профиль В/В оказался значительно более узким по сравнению с режимами, где инжектировались пучки D 0 ; в стационарных условиях достигнута электронная температура эВ, что, согласно оценке, близко к величине, соответствующей балансу мощности нагрева и продольных потерь тепла в режиме газодинамического удержания; Обнаружено два типа особенностей в поведении плазмы при высоком значении ;

26 Ближайшие планы: I. Обоснование проекта ИН с газодинамическим режимом удержания Изучение локального баланса частиц и энергии; Скейлинги для температуры электронов; Дальнейшее изучение поведения плазмы при вихревом удержании, скейлинги для границ области устойчивости; Изучение поведения горячих ионов в режимах с высоким. II. Дальнейшее повышение T e за счет улучшения продольного удержания Реализация режима с минимальной плотностью теплых ионов; Эксперименты с двумя амбиполярными пробками;

27 I.Обоснование проекта ИН с газодинамическим режимом удержания Изучение локального баланса частиц и энергии; Скейлинги для температуры электронов; Методика: измерение пространственных распределений параметров теплой плазмы и горячих ионов, вычисление профилей мощности нагрева, сравнение с соответствующими профилями продольных потерь, вычисление параметров, характеризующих поперечные потери, сравнение с предсказаниями теории и т. д. Что необходимо для реализации дополнительно ? Математическая модель, описывающая продольные потери в режиме переходном от газодинамического удержания к адиабатическому (А.Д.Беклемишев, Д.Ф.Сковородин). Диагностики: Болометры и сеточные зонды в расширителе для измерения плотностей потока частиц и энергии (М.С.Коржавина); Дополнительный канал ДИ в области между пробкой и точкой остановки горячих ионов (А.Л.Соломахин, А.В.Львовский);

28 I. Обоснование проекта ИН с газодинамическим режимом удержания Дальнейшее изучение поведения плазмы при вихревом удержании, скейлинги для границ области устойчивости; Необходимо сконструировать и изготовить новую версию плазмоприемников в расширителе с системой плоских зондов для изучения динамики плазменного столба в режиме вихревого удержания (отв. П.А.Багрянский).

29 I.Обоснование проекта ИН с газодинамическим режимом удержания Изучение поведения горячих ионов в режимах с высоким. Что необходимо для реализации? Математическая модель, описывающая равновесие (и устойчивость) популяции горячих ионов при высоком значении (Ю.А.Цидулко, И.А.Котельников, В.В.Приходько). Система диамагнитных зондов и средства обработки информации для изучения динамики популяции горячих ионов в процессе удержания (А.А.Иванов, Т.Д.Ахметов, В.В.Приходько).

30 II. Дальнейшее повышение T e за счет улучшения продольного удержания Реализация режима с минимальной плотностью теплых ионов; Температура электронов в режиме с минимальным уровнем инжекции газа Идея: 1.«развязать» функции МГД стабилизации и поддержания баланса частиц, организовать инжекцию газа в периферийную область плазмы – вихревой барьер. 2.Создать популяцию горячих ионов при работающем генераторе плазмы, затем «слить» теплые ионы (из дискуссий с А.А.Ивановым и А.Д.Беклемишевым). Сконструировать и изготовить соответствующую технику (П.А.Багрянский)

31 II. Дальнейшее повышение T e за счет улучшения продольного удержания Эксперименты с двумя амбиполярными пробками; Зависимость плотности тока в расширителе от плотности быстрых ионов в компактном пробкотроне. Величины нормированы на параметры тёплой плазмы в центральной ячейке плотность n 0 и тепловую скорость ионов v Ti (В.В.Приходько – канд. диссертация). Серия заказов в ЭП-2 близка к завершению (А.И.Волохов, руководство ЭП).

32 Спасибо за внимание!