Исследование структуры токов на установке ГОЛ-3

1. Исследование структуры токов на установке ГОЛ-3 Э.Р. Зубаиров науч. рук. В.В. Поступаев Новосибирск 2005

2. План доклада • Введение, постановка задачи, проблемы • Этапы работы • Текущие результаты • Планы • Заключение

3. Многопробочная ловушка ГОЛ-3 Генератор электронного пучка У-2 Гофрированное магнитное поле Ленточный диод Выходной узел 15 -3

4. Транспортировка электронного пучка При протекании тока по плазме необходимо выполнение критерия устойчивости Крускала-Шафранова: q(R)>1 где q – запас устойчивости, выражающийся по формуле: Для условий ГОЛ-3 величина предельного тока следующая: предплазма (разряд) Iq=1 12кА (Ip 7кА, qmax  1.7) электронный пучок Iq=1 5.5кА (Ib 30кА, qmax  0.2) => Для транспортировки пучка необходимо создать условия для почти полной компенсации тока пучка встречным током, текущим по плазме

5. Радиальная структура токов Баланс токов перед инжекцией пучка

6. Радиальная структура токов Баланс токов во время инжекции пучка

7. Радиальная структура токов Баланс токов после инжекции пучка

8. отпечаток пучка PL5554 тень изображение мишени рёбра жёсткости выходного фланца Транспортировка электронного пучка В экспериментах с отпечатком графитовой мишени на выходном коллекторе показано, что область, занятая пучком, может быть подвержена винтовой неустойчивости

9. Численное моделирование В численных расчетах проведенных совместно с ИВТ показано, что на установке ГОЛ-3 могут иметь место тиринг неустойчивости (перезамыкание силовых линий)

10. Основные задачи • Измерить динамику токов на выходном коллекторе установки как во время инжекции электронного пучка, так и после, на стадии удержания. • Попытаться обнаружить доказательства существования быстрой глобальной перестройки структуры токов (которая может являться доказательством существования тиринг-неустойчивости). • Попытаться определить, существует ли винтовая структура поля с сильным широм в течении длительного времени после окончания инжекции пучка (т.е. есть ли такой механизм стабилизации плазмы на стадии удержания).

11. Программа работ • Полная система: 11-канальный датчик тока (измерения по диаметру) • Начальный этап: одноканальный датчик (пояс Роговского), два варианта (один - с большим временем интегрирования, второй - с хорошим временным разрешением) • Дополнительно: детектор жёсткого тормозного излучения, согласованный с датчиком тока (контроль локальной плотности тока электронов пучка)

12. Коллектор Пучок Схема диагностики - этап 1 Графитовый экран Пояс Роговского Выходной коллектор

13. Тормозное излучение на краю Тормозное излучениев центре Ток в центре Ток на краю Результаты - этап 1А PC6238 PC6016 Коллектор • Сигналы полученные с «медленного» пояса (t = 200 ms, фронт 3 ms) • Измерения проводились в центре коллектора (r=0 мм в пересчете на поле 5 Тл) и на границе пучка (r=20мм) • Gamma детектор соосно с датчиком тока

14. Ток в центре Результаты - этап 1Б • Результаты измерений с «быстрого» пояса Роговского (m~25ms,фронт 50 ns), проведена численная коррекция формы сигнала • Видно, что при почти одинаковой длительности пучка токи на коллекторе сильно различаются. • Есть периоды с обратным направлением тока (т.е. плотность тока в сторону источника предплазмы больше пучковой

15. Схема многоканального датчика Графитовый экран ТОК Пояса Роговского Выходной коллектор Статус работы: 1. Разработана конструкция 2. Все детали изготовлены 3. Все пояса намотаны 4. Ведётся работа по изоляциии сборке диагностики в целом

16. Заключение • Ведутся измерения токов на выходе установки ГОЛ-3. • Обнаружена существенно разная динамика локальной плотности полного тока вблизи оси и на краю пучка. • Подтверждено то, что в центральной области пучка плотность полного тока соответствует плотности тока пучка (т.е нет компенсации по плотности тока). • Обнаружено, что на периферии пучка есть случаи с резким переходом к полной компенсации по плотности тока. • Длительного существования винтовой структуры с сильным широм на торце установки не обнаружено. • Готовится многоканальная диагностика, которая позволит измерять распределение тока по радиусу в каждом отдельно взятом «выстреле». Эта система должна дать определённый ответ на поставленные физические вопросы.

17. Спасибо за внимание

18. Рентген за датчиком тока Коллимационное отверстие открыто На входе 3 см свинца Датчик тока Свинцовая защита Датчик рентгена Коллектор Коллектор Световод

19. Инжекция пучка в плазму Напряжение на диоде Плазменный ток Ток пучка Плотность тока по оси t, мкс Для нагрева плазмы в неё инжектируется пучок с током ~30 кА. Ток по предплазме направлен в противоположную сторону и на порядок меньше по амплитуде. Тем не менее, заметных изменений на сигнале полного тока нет. Плотность тока на оси сонаправлена с током пучка.