Анотація до роботи:

Сороковий Е.Л. Процеси перенесення в граничній плазмі торсатрона «Ураган-3М».- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.08 - фізика плазми. - Харківський національний університет ім. В.Н. Каразина, Харків, 2003.

Були вивчені фізичні процеси, що відповідають за перенесення плазми поблизу межі зони утримання і в диверторній зоні торсатрона «Ураган-3М». Поблизу межі поперечне перенесення частинок у значній мірі зумовлене дрібномасштабними низькочастотними флуктуаціями густини плазми та електричного поля. Значна частина від повного турбулентного потоку частинок міститься в рідкісних короткочасових викидах великої амплітуди. Практично вся плазма, що переноситься за рахунок турбулентності, потрапляє в диверторну зону. Просторовий розподіл плазмового потоку в цій зоні відрізняється сильною асиметрією верх-низ, при якій більший амбіполярний потік знаходиться на боці іонного тороїдального дрейфу при будь-якому напрямі магнітного поля, а у відповідному неамбіполярному потоці переважають іони. На підставі цього припускається, що асиметрія пов’язана з конвективними втратами швидких іонів, які захоплюються на неоднорідностях магнітного поля. Експериментально справедливість цього припущення була підтверджена наявністю кореляції при зміні потужності нагріву плазми між змінами густини плазми та змісту швидких іонів в об’ємі утримання, з одного боку, і величини диверторного потоку та ступеня його вертикальної асиметрії, з другого.

В дисертаційній роботі розглянуто дві групи питань, що мають відношення до проблеми перенесення частинок і тепла на межі зони утримання в замкнутій магнітній пастці – тризахідному торсатроні:

(1) електростатична турбулентність плазми поблизу межі зони утримання і її внесок в перенесення частинок у торсатроні У-3М;

(2) просторовий розподіл потоку плазми, що виноситься в диверторну зону торсатрона У-3М, і зв'язок цього розподілу з процесами, що відбуваються в об'ємі утримання.

Основні результати проведених досліджень можна сформулювати таким чином.

1. В умовах ВЧ нагріву плазми в торсатроні У-3М були отримані спектральні характеристики флуктуацій густини й потенціалу плазми поблизу межі зони утримання. Показано існування ефекту перевертання напрямку полоїдальної фазової швидкості флуктуацій в околиці шира радіального електричного поля.

2. Була обчислена спектральна функція турбулентного потоку частинок через межу зони утримання і показано, що повна величина цього потоку порівняна з повним потоком заряджених частинок через межу, оціненим по довжині спаду густини плазми. Тим самим підтверджується припущення про істотний внесок електростатичної турбулентності в аномальні втрати плазми на межі зони утримання.

3. Були розглянуті статистичні характеристики часової функції турбулентного потоку частинок поблизу межі зони утримання. Знайдено переривчастий характер цієї функції, при якому значна доля частинок ( 50%) переноситься у вигляді рідкісних короткочасних викидів, амплітуда яких може на порядок перевищувати середній рівень флуктуацій потоку.

4. В умовах ВЧ нагріву плазми в торсатроні У-3М зміряні полоїдальні розподіли потоку дивертованої плазми у двох сусідніх симетричних полоїдальних перетинах тора і встановлено, що має місце сильна вертикальна асиметрія цього розподілу. Головними характеристиками асиметрії є: 1) переважаючий вихід дивертованої плазми у напрямі тороїдального дрейфу іонів BB (ця закономірність вперше перевірена для обох напрямів тороїдального магнітного поля); 2) відповідність більшому з двох симетрично розташованих амбіполярних диверторних потоків неамбіполярного потоку з переважанням іонів і меншому амбіполярному потоку – неамбіполярного потоку з переважанням електронів.

5. Було показано, що величина повного плазмового диверторного потоку росте з потужністю нагріву. Проте зростання потоку на боці тороїдального дрейфу іонів випереджає зростання на боці електронного дрейфу. Тому вертикальна асиметрія потоку росте із збільшенням потужності.

6. Відзначені в пп. 4,5 характеристики асиметрії диверторного потоку дозволяють припустити, що ця асиметрія обумовлена втратами швидких іонів плазми, які захоплюються в ямах неоднорідностей магнітного поля. Справедливість цього припущення підтверджується, з одного боку, чисельним моделюванням втрат швидких частинок в торсатроні У-3М (обчислення виконані М.С. Смирновою), а з другого боку, наявністю кореляції між кількістю швидких іонів в об'ємі утримання і ступенем асиметрії диверторного потоку при зміні потужності нагріву.

7. Уперше встановлена електрична поляризація плазмового диверторного потоку в просторі за Х-точкою. Можливими причинами цього ефекту є відцентровий і градієнтний дрейфи електронів і іонів потоку при їх русі уздовж викривлених магнітних силових ліній диверторного каналу.

8. При великій потужності нагріву плазми в У-3М спостерігається значний іонний струм насичення на ленгмюрівські зонди, розташовані у внутрішній зоні дивертора (тобто в просторі між магнітними диверторними каналами) на зовнішньому боці тора. Цьому струму відповідають негативні плаваючий потенціал і струм на заземлений зонд незалежно від напряму магнітного поля. Ці ефекти можна пояснити накопиченням (захопленням) високоенергетичних електронів, що втрачаються з об'єму утримання, в просторі між симетричними магнітними каналами дивертора на зовнішньому боці тора.

Публікації автора:

1. Bykov V.Ye., Chechkin V.V., Fomin I.P., Grigor’eva L.I., Khodyachikh A.V., Nazarov N.I., Pavlichenko R.O., Peletminskaya V.G., Plyusnin V.V., Skibenko A.I., Sorokovoj E.L., Vojtsenya V.S. and Volkov E.D. Divertor studies in the l = 3 URAGAN-3M torsatron // Plasma Phys. Control. Fusion.- 1995.- 37.- P.271-283.

2. Сhechkin V.V., Fomin I.P., Grigor’eva L.I., Litvinov A.P., Nazarov N.I., Pankratov I.M., Pavlichenko R.O., Plysnin V.V., Skibenko A.I., Sorokovoj E.L., Shtan’ A.F., Trofimenko E.V., Volkov E.D. Density behaviour and particle losses in RF discharge plasmas of the URAGAN-3M torsatron // Nucl. Fusion.- 1996.- 36.- P.133- 145.

3. Sorokovoy E.L., Chechkin V.V., Grigor’eva L.I., Chechkin A.V., Gonchar V.Yu., Volkov E.D., Nazarov N.I., Tsybenko S.A., Litvinov A.P., Kulaga A.Ye., Mironov Yu.K., Romanov V.S., Masuzaki S., Yamazaki K. Density and potential fluctuations in the edge plasma of the Uragan-3M torsatron // ВАНТ (Вопросы атомной науки и техники), Серия «Физика плазмы» (8).- 2002.- №5.- С.6-8.

4. Chechkin V.V., Grigor’eva L.I., Smirnova M.S., Sorokovoj E.L., Volkov E.D., Rudakov V.A., Rubtsov K.S., Nazarov N.I., Lozin A.V., Tsybenko S.A., Litvinov A.P., Slavnyj A.S., Adamov I.Yu., Kulaga A.Ye., Mironov Yu.K., Kotsubanov V.D., Nikol’skij I.K., Mizuuchi T., Masuzaki S., Morisaki T., Ohyabu N., Yamazaki K. Plasma flow asymmetries in the natural helical divertor of an l = 3 torsatron and their relation to particle losses // Nucl. Fusion.- 2002.- 42.- P.192-201.

5. Volkov Ye., Chechkin V., Grigor’eva L., Smirnova M., Sorokovoy E., Nazarov N., Lozin A., Tsybenko S., Litvinov A., Slavnyj A., Adamov I., Kulaga A., Mironov Yu., Mizuuchi T., Masuzaki S., Yamazaki K. Fine structure of divertor flow distribution in the l = 3 Uragan-3M torsatron // J. Plasma Fusion Res. SERIES.- 2002.- 5.- P.404-408.

6. Chechkin V.V., Grigor’eva L.I., Sorokovoy E.L., Smirnova M.S., Slavnyj A.S., Volkov E.D., Nazarov N.I., Tsybenko S.A., Lozin A.V., Litvinov A.P., Konovalov V.G., Bondarenko V.N., Kulaga A.Ye., Mironov Yu.K., Masuzaki S., Yamazaki K. Effects of plasma heating on the magnitude and distribution of plasma flows in the helical divertor of the Uragan-3M torsatron // ВАНТ (Вопросы атомной науки и техники), Серия «Физика плазмы» (7).- 2002.- №.4.- С.48-50.

7. Sorokovoj E.L., Bondarenko S.P., Chechkin A.V., Chechkin V.V., Grigor’eva L.I., Nazarov N.I., Pinos I.B., Plyusnin V.V., Rubtsov K.S., Rudakov V.A., Volkov E.D. Electrostatic fluctuations and their contribution to particle losses at the plasma boundary in the U-3M torsatron // Controlled Fusion and Plasma Physics (Proc. 23 EPS Conf. Kiev, 1996).- Geneva: EPS, 1996, V.20C,Part II, P.523-526.