Способ стабилизации резистивной винтовой неустойчивости плазмы

 

Изобретение относится к производству электрической или тепловой энергии, а именно к технике управляемой термоядерной реакции, и может быть использовано в установках управляемого термоядерного синтеза, построенных по принципу токамака. Целью изобретения является повышение эффективности способа и расширение его применимости также на случаи немонотонного профиля плотности тока в плазме. При стабилизации винтовой резистивной неустойчивости в токамаке вблизи магнитной поверхности определяют градиент запаса устойчивости Q= @ B<SB POS="POST">*</SB>98ф/DL/2φ @ ρB<SB POS="POST">*</SB>22oDL, где B<SB POS="POST">*</SB>98ф и B<SB POS="POST">*</SB>22о - тороидальная и полоидальная компоненты индукции магнитного поля на магнитной поверхности

ρ - расстояние от точки на контуре DL, по которому ведется интегрирование, до главной оси тора. Осуществляют локальное профилирование плотности тока вблизи магнитной поверхности возбуждением локального постоянного стабилизирующего тока, направление которого совпадает с направлением основного тока в плазме при Q*980 и противоложно ему при Q*980. Возбуждение стабилизирующего тока осуществляют бегущей альфвеновской волной кручения, частота и пространственный период которой посредством внешних возбуждающих контуров задаются условием локального альфвеновского резонанса, определяемым равенством фазовой скорости волны и альфвеновской скорости в плазме на выбранной магнитной поверхности. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1501311 А1 (!9) (11) (gg) 4 Н 05 Н 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) -4223065/31-25 (22) 28.01.87 (46) 15.08.89. Бюл. № 30 (72) А.Г,Киров и M.А.Стотланд (53) 533.3 (088.8) (56) А.Н.Ilasser et al. "Stabilization of Resistive Kink Modes in Tokamak, Phys. Rev Letters v. 38, 1977, № 5, р. 234.

Аликаев В.В. и др. Влияние ЭЦРнагрева на МГД-активность плазмы на установке "Токамак-10". Письма в ЖЭТФ. Т. 40, В. 10, 1984, с. 321. (54) СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ РЕЗИСТИВНОЙ

ВИНТОВОЙ НЕУСТОЙЧИВОСТИ ПЛАЗМЫ (57) Изобретение относится к производству электрической или тепловой энергии, а именно к технике управляемой термоядерной реакции, и может быть использовано в установках управляемого термоядерного синтеза, построенных по принципу токамака.

Целью ивобретения является повышение эффективности способа и расширен, ние его применимости также на случаи немонотонного профиля плотности тока в плазме. При стабилизации винИзобретение относится к производству электрической или тепловой энергии, а именно к технике управляемой термоядерной реакцией, и может быть использовано в установках управляемого термоядерного синтеза, построенных по принципу токамако-замкнутой магнитной ловушки с вращательным преобразованием магнитных силовых ли2 товой резистивной неустойчивости в токамаке вблизи магнитной поверхности определяют градиент запаса устойчивости q =ЧЬ /41/2 V I,41, где Ь и Ь вЂ” тородиальная и полоидапьная

Э компоненты индукции магнитного поля на магнитной поверхности, p — расстояние от точки на контуре dl, по которому ведется интегрирование, до главной оси тора. Осуществляют локальное профилирование плотности тока вблизи магнитной поверхности возбуждением локального постоянного стабилизирующего тока, направление которого совпадает с направлением основного тока в плазме при q ) 0 и противоположно ему при q (О. Возбуждение стабилизирующего тока осуществляют бегущей альфвеновской волной кручения, частота и пространственный период которой посредством внешних возбуждающих контуров задаются условием локального альфвеновского резонанса, определяемым равенством фазовой скорости волы и альфвеновской скорости в плазме на выбранной магнитной поверхности. 3 ил ° ний, создаваемых током, протекающим в плазме.

Целью изобретения является повышение эффективности способа и расширение его применимости также на случай немонотонного профиля плотности тока в плазме.

На фиг. 1 изображены элементы принципиальной схемы системы "Тока3 150131 млк"; на фиг. 2 и 3 — кривые, характеризующие особенности способа стабилизации реэистивной винтовой неустойчивости плазмы.

Плазма 1 удерживается магнитной системой "Токомак", которая формирует плазменную тороидальную конфигурацию с малым диаметром 2а и большим диаметром 2К (фиг.1). На 10 фиг. 1 показаны: катушка 2, создающая магнитное поле; контуры 3 и 4 высокой частоты, возбуждающие стабилизирующие токи. Наличие двух высокочастотных контуров позволяет одновре- 15 менно стабилизировать тирингтоды вблизи магнитных поверхностей. ВЧконтуры помещают внутри тороидальной камеры (не изображена), если последняя проводящая. Основной ток в плаз- 20 ме возбуждается индуктором 5.

На фиг. 2 в относительных единицах приведены радиальные распределения запаса устойчивости q (кривая 6) и плотности тока j (кривая 7), причем 25

jÄ Ä, — максимальное значение тока;

q — значение q на границе плазмы, Нл оси абсцисс отложены, относительные значения радиуса (а — радиус границы плазмы). Пунктиром показаны 30 стабилизирующие добавки тока с относительной величиной 57. от максимальной плотности тока. Отрезком, параллельным оси абсцисс, показан уровень, пересечение которого с кривой 6 задает положение рациональных магнитных поверхностей.

На фиг. 3 приведены в относительных единицах инкременты j реэистивной винтов;>й неустойчивости с модой 40

m/n = . ./1 цля распределения плотности ток;-., показанного кривой 7 на фиг. 2 в зависимости от запаса устойчивость на границе плазмы с круговым сечением. 1<ривая 8 (фиг.3) соответ- 45 ствует реэистивной винтовой неустойчивости на рациональной магнитной поверхности с меньшим, а кривая 9 с большим радиусами. Пунктиром показаны инкременти при наличии стабилизирующих добавок тока, приведенных на

S0 фиг. 1. Инкременты могут быть сведены к нулю.

В качестве конкретного примера рассмотрим применение предлагаемого способа для параметров "Токамак

ИНТОР": R 4,9 м; а = 1,2 м, ток в плазме 1 = 8 МА; запас устойчивости на границе q =, 2,4; средняя температурл ионов (Т; ) =- 10 кэВ, средняя о плотность ионов (n; ) = 1,4 10 м магнитная индукция вл оси В, = 5 5 Т, распределения плотности и температуры плазмы по радиусу монотонно спадающие.

В качестве первого действия определяем профиль и соответственно градиент q посредством измерения фарадеевского вращения плоскости поляризации проходящего через плазму монохроматического света,. создаваемого лазерным источником, при одновременном измерении электронной плотности плазмы. Эти данные позволяют опредеIIHTI полоидальный компонент магнитногс поля, л элтс м профиль q и его гр адие нты.

Наиболее опасной модой тирннгнеустойчивости явчяется мода m = 2; п = 1. Поэтому в качестве примера рлссмотрим стабилизлцию этой моди неустойчивости.

Если, например, определено, что в области магнитной новерхности с о =- 2, где возможно рл.- витие тирингнеустойчивости m = 2, n = 1, градиент положителен, то выбираем направление бег шей волны, создаваемой БЧ-контуром, таким, чтобы стабилизирующий ..ок в плазме совпадал с направлением основного тока.

Стабилизирующий ток ) вблизи магнитной поверхности с q = 2 при

1 /) = 0,05 (3, ) „ — .оответствевчо йлотность стабилизирующей добавки тока и максимальная плотность основного тока в плазме) и ширина зоны локализации о 0,05 à (a — радиус плазмы) оцениваются для приведенных параметров ИНТОРА величиной

I = 15-20 кА; а частота ВЧ-поля

ы (при h; 1.10 м в области локализации стабилизирующего тока) равна

3,3 МГц и 0,75 МГц при волновых числах ВЧ-контура М = 3, N = 12 и

М = 2, N = 2 соответственно.

Использование предлагаемого способа стабилизации неустойчивости позволяет эффективно стабилизировать и предотвращать резистивные винтовые неустойчивости при любых, в том числе и немонотонных, профилях запаса устойчивости. формула и э обретения

Способ стабилизации резистивной винтовой неустойчивости плазм.. в

5 1 токамаке, включающий локальное профилирование плотности тока вблизи тороидал ьной ма гнит ной поверхности, в окрестности которой возможно развитие данной моды неустойчивости, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности способа и расширения его применимости также на случаи немонотонного профиля плотности тока в плазме, определяют знак градиента запаса устойчивости в области стабилизации н возбуждают локальный постоянный стабилизирующий ток, направление которого совпадает

501311 с направлением тока в плазме при положительном градиенте запаса устойчивости в области стабилизации и противоположно ему при отрицательном градиенте запаса устойчивости, причем возбуждение стабилизирующего тока осуществляют бегущей альфвеновской волной кручения, частота и пространственный период которой задаются условием локального альфвеновского резонанса, определяемым равенством фаэовой скорости волны и альфвеновской скорости в плазме на выбран15 ной магнитной поверхности.

1501311

Иа

Рае. 2 фиори

Составитель К. Клоповский

Техред M.Èoðãåíòàë Корректор Л.Бескид

Редактор Т.Парфенова

Заказ 4895/58 Тираж 775 Подписное

BHHHllH Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

ПроиЭводственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101