Полноволновое моделирование электронного циклотронного нагрева плазмы на первой и второй гармониках в установке ГДМЛ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Проанализированы возможные сценарии дополнительного электронного циклотронного нагрева плазмы в различных конфигурациях проектируемой в ИЯФ СО РАН открытой магнитной ловушке следующего поколения ГДМЛ (газодинамическая многопробочная ловушка). Для этого был применен полноволновой импедансный подход к моделированию взаимодействия электромагнитных волн с субтермоядерной плазмой, позволяющий учитывать взаимодействие электромагнитных и квазиэлектростатических мод в окрестности электронного циклотронного резонанса в осесимметричной магнитной конфигурации. Рассмотрены схемы нагрева на первой гармонике гирочастоты обыкновенной электромагнитной волной и на второй гармонике необыкновенной волной. Для каждого случая определены диапазоны параметров установки, в которых такая схема нагрева может быть эффективной; проанализированы оптимальные с точки зрения эффективности нагрева параметры фокусировки вводимого квазиоптического СВЧ-пучка.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. Д. Господчиков

Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: egos@ipfran.ru
Россия, Нижний Новгород

П. А. Чувакин

Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН

Email: egos@ipfran.ru
Россия, Нижний Новгород

А. Л. Соломахин

Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН; Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН

Email: egos@ipfran.ru
Россия, Нижний Новгород; Новосибирск

А. Г. Шалашов

Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН

Email: egos@ipfran.ru
Россия, Нижний Новгород

Список литературы

  1. Сковородин Д.И., Черноштанов И.С., Амиров В.Х., Астрелин В.Т., Багрянский П.А., Беклемишев А.Д., Бурдаков А.В., Горбовский А.И., Котельников И.А., Магомедов Э.М., Полосаткин С.В., Поступаев В.В., Приходько В.В., Савкин В.Я., Солдаткина Е.И., Соломахин А.Л., Сорокин А.В., Судников А.В., Христо М.С., Шиянков С.В., Яковлев Д.В., Щербаков В.И. // Физика плазмы. 2023. Т. 49(9). С. 831.
  2. Bagryansky P.A., Shalashov A. G., Gospodchikov E.D., Lizunov A.A., Maximov V.V., Prikhodko V.V., Soldatkina E.I., Solomakhin A.L., Yakovlev D.V. // Phys. Rev. Lett. 2015. V. 114. P. 205001.
  3. Yakovlev D.V., Shalashov A.G., Gospodchikov E.D., Maximov V.V., Prikhodko V.V., Savkin V.Ya., Soldatkina E.I., Solomakhin A.L., Bagryansky P.A. // Nucl. Fusion. 2018. V. 58. P. 094001.
  4. Bagryansky P.A., Anikeev A.V., Denisov G.G., Gospodchikov E.D., Ivanov A.A., Lizunov A.A., Kovalenko Yu.V., Malygin V.I., Maximov V.V., Korobeinikova O.A., Murakhtin S.V., Pinzhenin E.I., Prikhodko V.V., Savkin V.Ya., Shalashov A.G., Smolyakova O.B., Soldatkina E.I., Solomakhin A.L., Yakovlev D.V., Zaytsev K.V. // Nucl. Fusion. 2015. V.55. P. 053009.
  5. Bagryansky P.A., Demin S.P., Gospodchikov E.D., Kovalenko Yu.V., Malygin V.I., Murakhtin S.V., Savkin V.Ya., Shalashov A.G., Smolyakova O.B., Solomakhin A.L., Thumm M., Yakovlev D.V. // Fusion Sci. Technol. 2015. V. 68. P. 87.
  6. Хусаинов Т.А., Балакин А.А., Господчиков Е.Д., Соломахин А.Л., Шалашов А.Г. // Физика плазмы. 2024. Т. 50.
  7. Alikaev V.V., Litvak A.G., Suvorov E.V., Fraiman A.A. // High Frequency Plasma Heating / Ed. A.G. Litvak. New York: AIP, 1991. Ch. 1. P. 1.
  8. Шалашов А.Г., Господчиков Е.Д. // УФН. 2011. Т. 151. С. 151.
  9. Shalashov A.G., Gospodchikov E.D. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2010. V. 52. P. 025007.
  10. Господчиков Е.Д., Чувакин П.А., Шалашов А.Г. // Физика плазмы. 2023. Т. 49. С. 953.
  11. Днестровский Ю.Н., Костомаров Д.П., Скрыдлов Н.В. // ЖТФ. 1963. Т. 33. С. 922.
  12. Шафранов В.Д. // Вопросы теории плазмы. Вып. 3 / Под ред. М.А. Леонтовича. М.: Госатомиздат, 1963. С. 129.
  13. Bornatici M., Engelmann F., Maroli C., Petrillo V. // Plasma Phys. 1981. V. 23. P. 89.
  14. Lazzaro E., Ramponi G., Giruzzi G. // Phys. Fluids. 1982. V. 25. P. 1220.
  15. Shalashov A.G., Balakin A.A., Gospodchikov E.D., Khusainov T.A. // Phys. Plasmas. 2016. V. 23. P. 112504.
  16. Шалашов А.Г., Балакин А.А., Хусаинов Т.А., Господчиков Е.Д., Соломахин А.Л. // ЖЭТФ. 2017. Т. 151. C. 379.
  17. Shalashov A.G., Gospodchikov E.D., Khusainov T.A., Solomakhin A.L., Yakovlev D.V., Bagryansky P.A. // Nuclear Fusion. 2022. V. 62. P. 124001.
  18. Шалашов А.Г., Господчиков Е.Д., Хусаинов Т.А. // Физика плазмы. 2022. Т. 48. С. 993.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Порты ввода СВЧ-излучения на общем плане стартовой конфигурации установки ГДМЛ (а) и модуль магнитной пробки, в который предполагается встроить систему ЭЦР нагрева [1] (б): 1 – силовая линия магнитного поля, 2 – переходная катушка, 3 – порт ввода СВЧ-пучка, 4 – вакуумная камера криостата, 5 – тепловой экран криостата, 6 – соленоид магнитной пробки.

Скачать (37KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Поверхности холодного резонанса ωc =ω для частоты 85 ГГц при различных токах через катушки С6–С7, определяемых параметром α = 102 (I – I0) / I0: 1 – α = 0; 2 – 0.05; 3 – 0.1; 4 – 0.2; 5 – 0.35; 6 – 0.5; 7 – 0.75; 8 – 1.0; 9 – 1.4; 10 – 1.8; 11 – –0.05; 12 – –0.12. На рисунке ρ – расстояние от оси ловушки, а z координата вдоль оси ловушки.

Скачать (33KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость нормированной гирочастоты ωc / ω от расстояния до оси в трех сечениях z для магнитной конфигурации, отвечающей α = 0.35. Частота излучения 85 ГГц.

Скачать (18KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Модельные профили плотности плазмы и электронной температуры на установке ГДМЛ [10], пересчитанные на сечение ловушки z = 430 см.

Скачать (17KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимости от радиальной координаты интенсивности поля ρ │ E(ρ) │2 и плотности поглощенной мощности QX(ρ), отвечающие азимутальной гармонике с m = 0, рассчитанные с помощью импедансного метода в сечении z = 430 см для температуры электронов на оси ловушки Tmax = 300 эВ (черные кривые) и Tmax = 600 эВ (красные кривые). Магнитная конфигурация ГДМЛ соответствует α = 0.35, концентрация на оси ловушки Nmax = = 1013 см–3.

Скачать (30KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Сечения плоскостью z = 430 см (а) и плоскостью φ = 0 (б) распределения плотности поглощаемой мощности. Направление φ = 0 соответствует направлению на ось вводимого пучка. Конфигурация магнитного поля ГДМЛ соответствует α = 0.35, Tmax = 300 эВ, Nmax = 1013 см–3. Красной штриховой линией обозначена поверхность холодного гирорезонанса.

Скачать (21KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимости полной эффективности поглощения (а) и коэффициента рассогласования (б) от тока I в катушках C6–C7, определяемого параметром α = 102 (I – I0) / I0. Значение I = I0 отвечает X-точке для поверхностей ЭЦР. Черные кривые отвечают температуре электронов на оси Tmax = 300 эВ, красные кривые отвечают температуре Tmax = 600 эВ. Результаты моделирования для нагрева на первой гармонике обыкновенной волны изображены кружками, для необыкновенной волны на второй гармонике – крестиками. Плотность плазмы на оси ловушки Nmax = 3.6×1013 см–3.

Скачать (39KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимости полной эффективности поглощения от концентрации плазмы. Красные кривые отвечают α = 0.35, черные кривые отвечают α = 1.0. Температура электронов на оси ловушки Tmax = 600 эВ. Результаты моделирования для нагрева на первой гармонике обыкновенной волны изображены кружками, для необыкновенной волны на второй гармонике – крестиками.

Скачать (20KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Парциальная эффективность поглощения Am(z) для обыкновенной волны на первой гармонике (а, б) и для необыкновенной волны на второй гармонике (в, г) для двух различных значениях концентрации плазмы на оси ловушки: Nmax = 8.8×1013 см–3 (а, в) и Nmax = 0.4×1013 см–3 (б, г). Магнитная конфигурация отвечает α = 0.35. Температура электронов на оси ловушки Tmax = 600 эВ.

Скачать (33KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024