Физика плазмы, 2020, T. 46, № 11, стр. 963-976

Флуктуации магнитного поля плазменных токов в стеллараторе Ураган-3М

В. К. Пашнев a, Э. Л. Сороковой a*, А. А. Петрушеня a

a Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт”, Институт физики плазмы
Харьков, Украина

* E-mail: sorokovoy@ipp.kharkov.ua

Поступила в редакцию 20.02.2020
После доработки 17.04.2020
Принята к публикации 22.04.2020

Аннотация

На стеллараторе торсатронного типа Ураган-3М с помощью набора магнитных датчиков проведены исследования частотного спектра и пространственных структур флуктуаций полоидальной компоненты магнитного поля в диапазоне частот 0.3…52 кГц, вызываемых плазменными токами. Исследования проводились в режиме ВЧ-нагрева в удерживающих магнитных полях различной напряженности. Флуктуации магнитного поля изучались в слабо- и сильностолкновительной плазме. Проведенные исследования показали, что регистрируемые флуктуации магнитного поля имеют спектр, состоящий из достаточно узкополосного набора частот. Флуктуирующие магнитные поля вызываются плазменными токами, которые можно представить в виде набора полоидальных структур с волновыми числами m = 0; 1; 2; 3 (и, возможно, 4). Каждая пространственная структура плазменных токов (кроме m = 0) может быть представлена в виде суммы двух типов колебаний: вращающаяся и стоячая структуры. Вращающаяся структура движется в полоидальном направлении с частотой вращения, близкой к частоте стоячей структуры. Направление вращения не постоянно и изменяется в течение разряда. Стоячая структура не меняет положения (фазы) и колеблется с фиксированной частотой. Как показал проведенный анализ, наблюдаемые флуктуации магнитного поля являются следствием плазменных неустойчивостей, которые вызывают возмущения давления плазмы. Эти колебания имеют инкремент нарастания и декремент затухания порядка несущей частоты. Возмущение давления плазмы инициирует появление токов снятия поляризации, магнитное поле которых регистрируется в данном эксперименте. Оценки показывают, что уровень флуктуаций давления достигает величины 4 × 10–3 относительно среднего значения давления плазмы в разряде. Показано также, что ВЧ-нагрев в этих экспериментах не вызывает наблюдаемые неустойчивости. Временное поведение параметров разряда и энергии флуктуаций магнитного поля на границе области удержания позволяет сделать вывод, что на квазистационарных стадиях разряда наблюдаемые неустойчивости определяют основные потери из плазменного объема.

Ключевые слова: стелларатор, торсатрон, ВЧ-нагрев плазмы, пространственная структура плазменных токов, сильностолкновительная плазма

DOI: 10.31857/S0367292120110074

Список литературы

  1. Мирнов С.В. Физические процессы в плазме токамака. М.: Энергоатомиздат, 1983. С. 110.

  2. Artaserse G., Baruzzo M., Henriques R.B., Gerasimov S., Lam N., Tsalas M. // Fusion Engineering and Design. 2019. V. 146. P. 2781.

  3. Lesnyakov G.G., Volkov E.D., Georgievskij A.V., Zal-kind V.M., Kuznetsov Yu.K., Ozherel’ev F.I., Pavlichen-ko O.S., Pogozhev D.P. // Nucl. Fusion. 1992. V. 32 (12). P. 2157.

  4. Moiseenko V.E., Berezhnyj V.L., Bondarenko V.N., Burchenko P.Ya., Castejon F., Chechkin V.V., Chernyshenko V.Ya., Dreval M.B., Garkusha I.E., Glazunov G.P., Grigor’eva L.I., Hartmann D., Hidalgo C., Koch R., Konovalov V.G., Kotsubanov V.D., Kramskoi Ye.D., Kulaga A.E., Lozin A.V., Lyssoivan A.I., Mironov V.K., Mysiura I.N., Pavlichenko R.O., Pashnev V.K., Roma-nov V.S., Shapoval A.N., Skibenko A.I., Slavnyi A.S., Sorokovoy E.L., Stadnik Yu.S., Taran V.S., Tereshin V.I., Voitsenya V.S. // Nucl. Fusion. 2011. V. 51(8). 083036.

  5. Пашнев В.К., Сороковой Е.Л., Петрушеня А.А., Ожерельев Ф.И. // ЖТФ. 2019. Т. 89 (1). С. 62.

  6. Пашнев В.К., Сороковой Е.Л., Петрушеня А.А., Ожерельев Ф.И. // ЖТФ. 2019. Т. 89(5). С. 656.

  7. Гутарев Ю.В., Кузнецов Ю.К., Пашнев В.К., Пономаренко Н.П. // Физика плазмы. 1988. Т. 14. С. 296.

  8. Pashnev V.K., Nemov V.V. // Nucl. Fusion. 1993. V. 33 (3). P. 435.

  9. Pashnev V.K. // Problems of Atomic Science and Technology. 2008. № 6. P. 225.

  10. Галеев А.А., Сагдеев Р.З. Вопросы теории плазмы. Вып. 7 / Под ред. М.А. Леонтовича. М.: Госатомиздат, 1973. С. 205.

  11. Pashnev V.K., Sorokovoy E.L. // Problems of Atomic Science and Technology. 2008. № 6. P. 31.

  12. Брагинский С.И. Вопросы теории плазмы. Вып. 1 / Под ред. М.А. Леонтовича. М.: Госатомиздат, 1963. С. 183.

  13. Франк-Каменецкий Д.А. Лекции по физике плазмы. М.: Атомиздат, 1968. С. 30.

  14. Морозов А.И., Соловьев Л.С. Вопросы теории плазмы. Вып. 2 / Под ред. М.А. Леонтовича. М.: Госатомиздат, 1963. С. 3.

  15. Рыжик И.М., Градштейн И.С. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1951. С. 585.

  16. Chechkin V.V., Grigor’eva L.I., Nazarov N.I., Pinos I.B., Plyusnin V.V., Shtan’ A.F., Solodovchenko S.I., Stepa-nov K.N., Taran V.S., Vojtsenya V.S., Voloshko A.Yu. // Nucl. Fusion. 1990. V. 30(11). P. 2223.

Дополнительные материалы отсутствуют.