Введение
1. Исследования выключения разряда и быстрых электронов в установках с магнитным удержанием плазмы (обзор литературы) 10
1.1. Основные приложения пеллет-инжекции в исследованиях по проблеме УТС 10
1.1.1. Инжекция макрочастиц для управления плазменным разрядом 10
1.1.1.1. Подпитка плазмы методом пеллет-инжекции 11
1.1.1.2. Оптимизация разряда методом пеллет инжекции 11
1.1.1.3. Гашение разряда методом пеллет инжекции 12
1.1.2. Диагностические приложения пеллет-инжекции 14
1.1.2.1. Исследования процессов переноса 14
1.1.2.2. Измерения характеристик магнитного поля 15
1.1.2.3. Диагностика функции распределения быстрых частиц 18
1.2. Современное состояние исследований по выключению разряда токамака 19
1.2.1. Основные проблемы выключения разряда 20
1.2.1.1. Предел по плотности 20
1.2.1.2. Вертикальное смещение шнура и индукционные токи в вакуумной камере 21
1.2.1.3. Генерация убегающих электронов 22
1.2.2. Методы выключения разряда 23
1.2.2.1. Периферийный газонапуск и инжекция струй 23
1.2.2.2. Пеллет-инжекция легких примесей 24
1.2.2.3. Инжекция тяжелых примесей 24
1.2.3. Эксперименты по выключению разряда методом пеллет-инжекции на современных установках 25
1.2.3.1. Т-10 25
1.2.3.2. JT-60U 25
1.2.3.3. ASDEX Upgrade 27
1.2.3.4. DI1I-D. 30
1.2.3.5. Alcator C-Mod ЗО
1.2.3.6. JET 31
1.2.3.7. TFTR 31
1.2.3.8. Обсуждение экспериментальных результатов 31
1.2.4. Моделирование выключения разряда 32
1.2.4.1. Нульмерная модель 33
1.2.4.2. Одномерная модель 35
1.3. Исследование быстрых электронов в установках с магнитным удержанием плазмы 38
1.3.1. Принципы генерации быстрых электронов в установках с магнитным удержанием плазмы 38
1.3.1.1. Убегающие электроны в токомаках. 38
1.3.1.2. Надтепловые электроны 40
1.3.2. Методы регистрации быстрых электронов 42
1.3.2.1. HXR диагностика 42
1.3.2.2. Синхротронное излучение 44
1.3.2.3. ЕСЕ диагностика 45
1.3.3. Наблюдения быстрых электронов методом пеллет-инжекции 48
1.3.3.1. Принцип регистрации надтепловых электронов методом инжекции макрочастиц 48
1.3.3.2. Первые эксперименты на Т-10 49
1.3.3.3. Эксперименты на Heliotron Е. 51
1.3.3.4. Инжекцияуглеродных пеллет в Wendelstein 7-AS 51
1.4. Выводы из обзора литературы и постановка задач 53
2. Исследование выключения плазменного разряда токамака методом инжекции макрочастиц тяжелой примеси 55
2.1. Эксперименты по гашению плазмы токамака Т-10 [3,4 ,8,9,11] 55
2.1.1. Экспериментальная установка 55
2.1.1.1. ТокамакТ-10. 55
2.1.1.2. Комплекс примесной пеллет-инжекции токамака Т-10 на основе инжектора ДИМ-4 57
2.1.1.3. Система регистрации пеллетных облаков 58
2.1.2. Методика расчета депозиции примеси 60
2.1.3. Результаты экспериментов и их обсуждение 62
2.1.3.1. Ипжещия КС1 пеллет на квазистационарной стадии разряда 63
2.1.3.2. Инжекция Ті на квазистационарной стадии разряда. 65
2.1.3.3. Инжекция KCI на стадии спада тока 66
2.1.3.4. Инжекция большого количества КС1 на квазистациоиарной стадии разряда. 67
2.1.3.5. Обсуждение экспериментальных результатов 69
2.1.3.6. Анализ генерации убегающих электронов 71
2.2. Одномерная модель гашения разряда методом макрочастиц (1,2,5, 6, 8J 75
2.2.1. Система уравнений 75
2.2.2. Граничные и начальные условия 78
2.3. Результаты моделирования выключения разряда токамака Т-10 [5, 6,8] 80
2.3.1. Моделирование без учёта эффекта "ускоренного" переноса 80
2.3.2. Моделирование с учётом эффекта "ускоренного" переноса 83
2.3.3. Моделирование генерации убегающих электронов 86
2.4. Моделирование гашения разряда ИТЭР [1,2] 89
2.4.1. Инжекция одиночной Кг пеллеты 91
2.4.2. Инжекция очереди Кг пеллет 93
2.4.3. Моделирование генерации убегающих электронов 95
2.4.4. Обсуждение результатов моделирования гашения разряда ИТЭР 97
3. Исследование надтепловых электронов в стеллараторе W7-AS методом пеллет инжекции 99
3.1. Инжекция примесных пеллет в установку W7-AS [7,10,18] 100
3.1.1. Стелларатор W7-AS 100
3.1.2. Система примесной пеллет-инжекции стелларатора W7-AS 105
3.1.3. Система регистрации пеллетных облаков 108
3.1.4. Методика определения скорости испарения углеродных макрочастиц в плазме стелларатора W7-AS 111
3.2. Исследование испарения углеродных макрочастиц в различных режимах стелларатора W7-AS [7,10,12-18] 115
3.2.1. Классификация режимов испарения углеродных макрочастиц в плазме стелларатора W7-AS 115
3.2.2. Анализ мгновенных фотографий облака испаряющейся макрочастицы в момент узколокализовашюго повышенного испарения 124
3.2.3. Исследование условий возникновения зон узколокализованного повышенного испарения 126
3.2.4. Анализ спектров электронно-циклотронного излучения 130
3.2.5. Обсуждение экспериментальных результатов 134
3.2.5.1. Основные закономерности эффектаузколокалюованного повышенного испарения 134
3.2.5.2. Возможные механизмы образования узколокалюованного повышенного испарения 136
3.2.5.3. Оценка суммарного энергозапаса популяции надтепловых электронов 138
3.3. Возможные механизмы генерации надтепловых электронов в плазме стелларатора W7-AS [12,14] 140
3.3.1. Дрейф из зоны ЭЦР за счет BxVB 140
3.3.2. Нелинейная трансформация в Берштейновскую волну вблизи зоны верхнего гибридного резонанса 142
3.3.3. Доплеровский сдвиг частоты ЭЦР 143
3.3.4. Смещение зоны ЭЦР за счет релятивистского сдвига массы электронов 146
3.3.5. Обсуждение возможных физических механизмов генерации надтепловых электронов в плазме стелларатора W7-AS 150
3.4. Оценки параметров надтепловых электронов методом углеродной пеллет- инжекции на стеллараторе W7-AS [12,14,17] 152
3.4.1. Методика оценки энергетических характеристик надтепловых электронов по смещению зоны ЭЦР за счет релятивистского сдвига массы электронов 152
3.4.2. Исследование параметров надтепловых электронов в стеллараторе W7-AS методом инжекции макрочастиц 155
3.4.3. Оценка параметров надтепловых электронов с использованием спектра ЭЦИ... 164
Заключение 167
Благодарности 170
Список литературы 171
