Установка ГДЛ: новейшие результаты и планы П. Багрянский & группа ГДЛ

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

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: 2.83 кГс • Мощность D-инжекции: 3.5 МВт • Захваченная мощность: 2 МВт • Плотность плазмы: 1.531013 см-3 • Электрон. температура: 140 эВ • Плотность б. ионов:  41013 см-3

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

5. Вихревое удержание • Результаты компьютерного моделирования (А. Д. Беклемишев)

6. Вихревое удержание • Результаты расчетов (А. Д. Беклемишев) 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.

7. Метод поддержания баланса частиц Временная диаграмма эксперимента Атомарная инжекция Инжекция газа Источник плазмы 0.5 3.5 8.5 t, ms

8. Типичные профили плотности и температуры rхар=12 см

9. D0 – пучки, H - плазма • B=2.8кГс T=78.2 мс: • Сред. B/B=0.29 • Макс. B/B=0.36 Радиальные профили B/B=(Bv-Bpl)/Bv А. Лизунов, Семинар плазменных лабораторий, 30.06.2009

10. D0 – пучки, H - плазма Wf = 1.3 кДж • B=3.0 кГс T=78.2 мс: • Сред. B/B=0.32 • Макс. B/B=0.34 Зависимость B/B от времени А. Лизунов, Семинар плазменных лабораторий, 30.06.2009

11. D0 – пучки, H - плазма Зависимость B/B от энергосодержания быстрых ионов А. Лизунов, Семинар плазменных лабораторий, 30.06.2009

12. Оценка максимального значения  из уравнения параксиального равновесия: B/Bv=0.37    0.6 Оценка максимального значения плотности горячих ионов из:   0.6, <E>=10 кэВ  n=4.51013см-3 Замечание: при 50% происходит нарушение параксиальности, однако существуют дополнительные экспериментальные данные, показывающие, что плотность горячих ионов может иметь значение n41013см-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:  поток частиц  поток энергии Мирнов В.В., Ткаченко О.А., препринт ИЯФ 86-28 баланс тепла в  стационарных условиях  T[эВ], Ph[МВт], a[cm], n[1013см-3]

15. Оценка достижимой температуры в режиме с D инжекцией: • (P = 2МВт; R=32; n=31013см-3, a = 12 см)  T=210 эВ • Согласно результатам T 140эВ (В=2.8 кГс) • измерений:T 160 - 180эВ (В=3 кГс) • Возможные объяснения: • отсутствие стационарных условий • поперечные потери • высокая плотность теплой плазмы за областями остановки • (P = 2МВт; R=32; n=4.51013см-3, a = 12 см)  T=160 эВ

16. Модернизация системы атомарной инжекции Сегодня: 8 пучков H0, суммарная мощность: в ионах – 8.5 МВт, в нейтралах, непосредственно инжектируемых в плазму, – 4.5 - 5 МВт.

17. Увеличение магнитного поля:Цель работы:увеличение пробочного отношения, обеспечение эффективной работы с инжекцией пучков дейтерия, возможность работы с двумя амбиполярными пробкамиРезультаты: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: H0 – пучки, H – плазма, P = 4.5 МВт Радиальные профили B/B=(Bv-Bpl)/Bvпри Wf850 Дж

19. H0 – пучки, H – плазма, P = 4.5 МВт B/Bv=0.3   0.5 <E>=10 кэВ, Bv=6 кГс  n=4.51013см -3 Зависимость диамагнетизма от времени

20. H0 – пучки, H – плазма, P = 4.5 МВт n  2.51013см-3, доля захваченной мощности: 35% (1.6МВт) Зависимость электронной температуры от времени Рh=0.35P-Pcex 1.4 МВт; а=12см; R=32  Te max190 эВ.

21. H0 – пучки, H – плазма, P = 4.5 МВт 26.10.2009 Te=1864 эВ Оценка: Te max=185 эВ Максимальное значение электронной температуры в стационарном режиме с n=3.51013см-3и долей захваченной мощности 45%

22. H0 – пучки, D – плазма n  2.51013см-3 Зависимость электронной температуры от времени

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

24. Особенности поведения плазмы при высоком  Fхаракт 5 кГц Сигналы от системы мониторирования тока пучков

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 Н0 значение параметра  превысило 40%; • радиальный профиль В/В оказался значительно более узким по сравнению с режимами, где инжектировались пучки D0; • в стационарных условиях достигнута электронная температура 170-180 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 удержанияИзучение 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 Teза счет улучшения продольного удержанияРеализация режима с минимальной плотностью теплых ионов;Эксперименты с двумя амбиполярными пробками;

27. Обоснование проекта ИН с газодинамическим режимом удержанияИзучение 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 газодинамическимрежимом удержанияДальнейшее 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. Обоснование проекта ИН с газодинамическимрежимом удержанияИзучение 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 Teза счет улучшения продольного удержанияРеализация режима с минимальной плотностью теплых ионов; • Идея: • «развязать» функции МГД стабилизации и поддержания баланса частиц, организовать инжекцию газа в периферийную область плазмы – вихревой барьер. • 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) Температура электронов в режиме с минимальным уровнем инжекции газа

31. II. Дальнейшее повышение Teза счет улучшения продольного удержанияЭксперименты с двумя амбиполярными пробками; Серия заказов в ЭП-2 близка к завершению (А.И.Волохов, руководство ЭП). Зависимость плотности тока в расширителе от плотности быстрых ионов в компактном пробкотроне. Величины нормированы на параметры тёплой плазмы в центральной ячейке — плотность n0 и тепловую скорость ионов vTi (В.В.Приходько – канд. диссертация).

32. Спасибо за внимание!