"способ плазмы в установках токамак

"способ плазмы в установках токамак

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А НЙ" В.

ИЗОБРЕТЕНИЯ Fg ОЮ ЧАЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

)(НИ И д(Ах (11 )" 19332

К АВТОИ:КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 080978 (21) 2663955/18-25 с присоединением заявки Мо (23) Приоритет

Опубликовано 070381,Бюллетень М 9

Дата опубликования описания 07.03,81 (51)М. Клз

G 21 В 1/00

Государствеииый комитет

СССР яо делам изобретений и открытий (53) УДК 621.039. .6 (088.8) (72) Автор изобретения

И.А. Кован (71) Заявитель (54 ) СПОСОБ НАГРЕВА ДЕЙТЕРИЕВОЙ ПЛАЗМЫ

В УСТАНОВКАХ TOKAMAK

Изобретение относится к области физики плазмы и термоядерного синтеза.

Известный способ нагрева плазмы в 5 токамаке — джоулев нагрев — не эффек» тивен прн высокой температуре плазмы, т.к. частота столкновений между электронами и ионами плазмы, опережающая энерговыделение, падает с рос- 10 том температуры как Тэ а f1) .

Ближайшим техническим решением является способ нагрева дейтериевой плазмы в установках токамак путем возбуждения в плазме магнитозвуковых колебаний на циклотронной частоте малой добавки резонансных ионов $2).

Однако известный способ имеет ряд существенных недостатков.

Как установлено экспериментально, 2п

B дейтериевой плазме токамака концентрация водородных ионов, определяющая эффективность диссипации и характер распределения магнитозвуковых волн на циклотронной нонной час- 25 тоте водорода, не регулируется и находится на слишком большом уровне (2-20%). Повьхаенная концентрация водородных ионов в дейтериевой плазме, по-видимому, связана с образованием Зо в процессе разрядного импульса токамака паров воды и их конденсацией на непрогреваемых частях вакуумной системы установки. циклотронный нагрев ионов водорода приводит к отклонению функции распределения электронов от максвелловской и к возможности появления из-за анизотропий распределейия большого числа запертых и локально запертых ионов, плохо удерживаемых в токамаке. По этой причине высокочастотная (ВЧ) мощность оказывается ограниченной.

При достаточно высокой темпЕратуре плазмы наряду с циклотронным мехайизмом нагрева ионов водорода ста» новится весьма эффективным механизм нагрева на второй гармонике ионной циклотронной частоты, приводящей к непосредственному поглощению высокочастотной мощности дейтонами плазмы.

При таком механизме теория предсказывает сильную аниэотропию распределения для основных ионов и появление убегающих частиц. Плохое удержание этих частиц в токамаке также накладывает дополнительное ограничение на вводимую в плазму ВЧ мощность.

719332

Целью изобретения является повышение температуры плазмы. ,Пля достижения указанной цели в качестве резонансных ионов вводят дважды заряженные ионы изотопа Не, Как в:.известном способе, в этом случае поляризация волны в плазме, " определяемая основными ионами, оказывается эллиптической, и обеспечивается эФфективное циклотронное .ускоремие резонансных ионов. При - 1п этом плохо контролируемая примесь водородных ионов не оказывает алияйия на процесс нагрева, т.к, циклотронная частота этих ионов находится за пределами плазменного шнура (если аспектное отношение A > 2),Также"полностью исключается механизм нагрева на второй гармонике ионной циклотронной частоты для дейтерия.

Поскольку декремент затухания магнитозвуковой волны (или добротностb плазмы) зависит в рассматриваемом случае от концентрации добавки, ее точное регулирование (осуществляется, например, путем напуска холодного газа Не в разряд) позволяет осу- 25 ществлять согласование плазмы с источником ВЧ мощности.

1+э

Резонансные ионы (Не ), получая энергию от поля волны и отдавая ее затем за счет торможения нерезо- () нансным ионам (дейтонам) и электронам

"плаэ1(Ы, имеют немаксвелловское распределение, обогащенное частицами в . области больших энергий.

Мощность, передаваемая резонансными ионами частицам плазмы, имеет. вид:

Яа e nst" z (z р, >Ä,; пп En tJ t(><(А 4Q —,((х„>-("(и„()(Е < > где с(, = i, е — индексы, обозначающие нерезонансные ионы и. электроны плазмы 45

A,Z,n,Е- относительный атомный вес, зарядный комер, концентрация и энергия резонансных ио-. нов; — кулоновский логарифм . Я

1(Ч) — функция распределения резонансных ионов, М((1 ) — интервал Максвелла, l>L Е, х

А Т

О<

Т и 1 — температура и эффективный заряд плазмы. функций распределения резойансных ионов f(Ч), согласно (1), зави- о

"" сит от четырех параметров плазмы Т„,<

Т Z и < . Безразмерный параметр е зрр

Да<>> >

Е,pAt,Z

65 где,С P >

y=.редненная по магнитной поверхности ВЧ мощность поглощаемая резонансными ионами в единице обьема плазмы.

Иэ анализа приведенных формул следует, что мощность, передаваемая иерезонансню ионам

Легко видеть, что использование в качестве резонансных Конон вместо HoHos водорода позволяет увеличить мощность Р бее чем в 3 раза.

Следует подчеркнуть, 1то циклотроннын нагрев малои добавки резонансных ионов имо<зт своеобразный характер. flpH относительно малом уровне мощности энергия, поглощенная резонансньили частицами от поля волны; почти полностью передается за счет столкновений основным ионам плазмы.

Максимальный нагрев последних достигается ири определенном значении Г зависящем от конкретных параметров йлазмы. При дзльиейшем увеличении мощности энергия, передаваемая основным ионам, падает, а доля энергии, передаваемая электронам, растет. Это должно приводить к возникновению существеинои анизо1роиии функции распредалснпя и образованию большого числа запертых и локально запертых ионов, бь>стро покидающих ловушку.

Иитенсивныи поток таких частиц на стенку камеры может увеличивать ее распыление, повышать поступление примеси в плазму и в конечном счете вызвать неустойчивость срыва. Указанин1е причины приводят к ограничению уровня вводимой в плазму ВЧ мощности..

Изобретение позволяет значительно увеличить энергию, вводимую в плазму токамака, чем llo известному способу, осуществить нагрев основных ионов (дейтонов), не искажая Нх функции распределения, а также открывает возможность плавного регулирования нагрузки источника ВЧ мощности, Формула изобретения

Способ нагрева дейтериевой плазмы в установках токамак путем возбуждения в плазме магнитозвуковых колебаний на циклотронной частоте малой добавки резонансных ионов, отличающийся тем, что, с целью повышения температуры плазмы, в качестве резонансных ионов

7193.32

Составитель В. Обухов

Техред И.Асталсш Корректор С. Шекмар

Редактор М. Кузнецова

Заказ 576/8 Тираж 476 Подписное

ВНИИПИ РосударственногО комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 вводят дважды заряженные ионы изотопа Нее.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Арцимович Л.А. "Управляемые термоядерные реакции", Изд, 2-ое, М., 1966, с. 223-299.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 342560, кл. Н 05 Н 1/00, 1974 (прототип).