Название:Исследование генерации тока увлечения с помощью нижнегибридных волн в токамаках ФТ-2 и Глобус-М2
Грантодатель:Гранты РНФ
Область знаний:02 - Физика и науки о космосе
Научная дисциплина: 02-501 - Физика высокотемпературной плазмы и УТС
Ключевые слова:токамак, нижнегибридный ток увлечения, косые ленгмюровские волны, геликон, параметрическая неустойчивость
Тип:исследовательский
Руководитель(и):Теплова,НВ
Подразделения:
Код проекта:18-72-00117
Аннотация Одним из перспективных направлений экологически чистой энергетики считается создание установок типа «токамак» на основе термоядерного синтеза. Для поддержания работы токамака в стационарном режиме требуются способы длительного поддержания тороидального тока без использования трансформатора, т.е. безындукционными методами. Разработка способов безындукционной генерации тока является центральной проблемой на пути создания установок управляемого термоядерного синтеза на основе классического токамака, а также в проектах создания источника нейтронов на базе сферического токамака. Нижнегибридный (НГ) метод поддержания тока потенциально может быть использован при решении этих задач, поскольку обладает одной из самых высоких эффективностей генерации тока увлечения. Следует отметить, однако, что в сферических токамаках, работающих при сравнительно низком значении магнитного поля и высокой плотности, при традиционной постановке эксперимента НГ и другие ВЧ методы сталкиваются с дополнительными сложностями, связанными с ужесточением условий доступности для волн. В этом контексте весьма актуальной представляется планируемая в экспериментальной части настоящего проекта апробация оригинальной схемы возбуждения НГ волн, состоящей в их полоидальном замедлении, что, согласно теоретическому анализу, должно помочь в устранении проблем доступности. Предлагаемые в проекте экспериментальные исследования задают мировой научный уровень в части применения НГ тока увлечения в сферическом токамаке, поскольку коллективу исследователей ФТИ принадлежит приоритет в теоретической разработке соответствующей схемы возбуждения НГ волн. Актуальность предлагаемого проекта определяется также и возможностью сопоставления результатов экспериментов по генерации НГ токов увлечения в сферическом токамаке Глобус-М2 с данными, полученными на токамаке традиционной тороидальной конфигурации ФТ-2. Важными и актуальными являются также планируемые проектом исследования причин ограничения генерации НГ токов увлечения с ростом плотности плазмы, в частности, теоретическое и экспериментальное изучение роли при этом параметрических неустойчивостей. В данной работе запланированы следующие этапы: - Теоретическое и экспериментальное исследование влияния индукционного электрического поля на эффективность генерации нижнегибридного тока увлечения (НГТУ) в условиях реальных экспериментов с частичным замещением тока плазмы током увлечения для различных начальных спектров замедления НГ волн вблизи антенны, различных параметров плазмы и длительности НГ импульса; - Апробирование новых схем возбуждения НГ волн в токамаке; - Сравнение теоретической модели с результатами специально поставленных экспериментов на токамаках ФТ-2 и Глобус-М2; - Оптимизация НГ метода генерации тока увлечения для условий токамаков ФТ-2 и Глобус-M2. - Теоретическое исследование возможности генерации тока увлечения и нагрева плазмы в токамаке Т-15 с использованием быстрой моды (геликон) в промежуточном диапазоне частот, когда поверхность нижнего гибридного резонанса находится на плазменной периферии. Ожидаемые результаты Проектом предполагается получение следующих научных результатов: 1. Будет проведена модернизация кода FRTC (Fast Ray Tracing Code) с целью учёта влияния вихревого электрического поля и перестройкой профиля плотности тока на эффективность генерации тока и динамику переходных процессов при включении СВЧ импульса, с учетом параметров токамаков ФТ-2 и Глобус-М2. 2. При помощи модифицированного кода FRTC, инкорпорированного в код ASTRA, будет проведено самосогласованное численное моделирование эффективности генерации тока и динамики переходных процессов при включении СВЧ импульса для токамака ФТ-2 с учетом влияния индукционного электрического поля. 3. Для параметров плазмы модернизированного токамака Глобус-М2 будет проведено численное моделирование планируемых экспериментов по генерации НГ тока и найдены оптимальные условия для проведения этих экспериментов. 4. При помощи модифицированного кода FRTC, инкорпорированного в код ASTRA, будет проведено самосогласованное численное моделирование эффективности генерации тока и динамики переходных процессов при включении СВЧ импульса для токамаков Глобус-М2 с учетом влияния индукционного электрического поля. 5. Будут выполнены теоретические и экспериментальные сравнительные исследования механизма возникновения плотности, предельной для генерации НГ тока увлечения в плазме токамаков ФТ-2 и Глобус-М2. 6. Будет теоретически и экспериментально исследована сравнительная эффективность генерации НГТУ при различных направлениях омического тока по плазме в токамаке ФТ-2 и различных начальных спектрах замедления НГ волн. 7. Будет теоретически исследована возможность генерации тока увлечения и нагрева плазмы в токамаке Т-15 с использованием быстрой моды (геликон) в промежуточном диапазоне частот, когда поверхность нижнего гибридного резонанса находится на плазменной периферии. До настоящего времени не ставились эксперименты по НГ генерации токов увлечения на сферических токамаках. Научную значимость данного исследования трудно переоценить. Глубокое понимание физики процесса генерации токов увлечения с помощью НГ волн, а также возможность прогнозирования параметров плазмы в разряде откроет дополнительное окно возможностей для планирования и постановки экспериментов на сферических и классических токамаках, что ускорит наступление эры управляемого термоядерного синтеза и независимости экономики от добычи невозобновляемых энергетических ресурсов планеты.