Плазма - токамак
Cтраница 3
 |
Последовательность томограмм интенсивности МРИ, характеризующая осцил-пяпии - предвестники гигантских пилообразных колебаний на токамаке Alcator С. Между томограммами ( а-е интервал 100 мкс. [31] |
Схема измерений показана на рис. 6.34. Предполагалось, что при вращении т 2 в полоидальной плоскости картина эмиссии плазмы не меняется, т.е. плазма вращается как твердое тело. Тогда измеренные в различные времена с одного направления поперечные распределения эквивалентны различным угловым измерениям в одно и то же время. Таким образом, за один период вращения плазмы ( 0 456 мс) получено 18 поперечных распределений. В работе приводится томограмма излучения вращающейся моды т 2 в плазме токамака Alcator А. Отчетливо видны два максимума излучения. [32]
Более поздние работы Б.Б. Кадомцева во многом связаны с проектами термоядерного реактора-токамака. Но неразгаданные тайны поведения плазмы в токамаке продолжают волновать Бориса Борисовича. Их объяснения он ищет, рассматривая плазму в токамаке как сложную самоорганизующуюся систему, в которой в единое целое завязываются как высокотемпературная центральная часть плазменного шнура, так и низкотемпературная пристеночная. В настоящее время такой подход становится определяющим при построении цельной картины явлений, происходящих в плазме токамака. [33]
Температура этих источников одного порядка - от единиц до нескольких десятков миллионов градусов, и основная часть линейчатого и непрерывного излучения приходится на мягкий рентгеновский диапазон от нескольких сотен электронвольт до нескольких килоэлектронвольт. В термоядерных установках проводятся исследования Н, Не, Li, Be - подобных ионов легких ( О, С, N) и тяжелых ( Ti, Ni, Fe) элементов, по которым определяются электронная и ионная температуры, ионный состав и состояние равновесия, а также исследуются макроскопические процессы и кинетика плазмы. Исследуемые линии принадлежат ионам примесей, поступающих в плазменный объем из стенок или остаточного газа, поэтому их интенсивность по сравнению с континуумом относительно невелика. Для таких измерений спектральная аппаратура должна иметь пространственное разрешение порядка 1 см для токамаков и 1 мкм для лазерной плазмы. Горячая плазма существует непродолжительное время ( характерное время изменения параметров плазмы токамаков порядка 1 мс, лазерной плазмы - 10 не), поэтому приборы должны обладать достаточно большой апертурой и многоканальной системой детектирования. Поскольку большинство координатно-чувствительных детекторов высокого разрешения имеют плоскую чувствительную поверхность, фокальная поверхность спектрометра тоже должна быть плоской, и угол падения излучения к ней должен по возможности быть небольшим. [34]
Плазма токам ака, казалось бы, должна представлять собой достаточно простой объект. За исключением сравнительно небольшой области вблизи стенок плазма является полностью ионизованной и допускает теоретическое описание с помощью кинетических уравнений для электронов и ионов. В предположении точной осевой симметрии магнитная конфигурация то-камака представляет собой систему вложенных друг в друга магнитных поверхностей, на которые навиваются силовые линии. Магнитное поле состоит из продольной Вт и полоидальной BQ компонент, причем Вт BQ. В токамаке эта величина обычно всюду больше единицы и снижается до q 1 только в окрестности магнитной оси. Величина л l / q представляет собой угол вращательного преобразования, деленный на 2 тт. Эти величины, как мы увидим ниже, играют большую роль даже в высокотемпературном ядре плазмы токамака. [35]
Совпадение пространственного и фазового резонансов характерно для неоднородных плазменных течений. Если плазма покоится, то в резонанс с колебаниями в каждой точке пространства попадает малая доля частиц из распределения по скоростям. Для их выявления требуется кинетическое рассмотрение, и соответственно сами резонансы могут быть названы кинетическими. В неоднородных течениях распределение частиц по скоростям как-бы развернуто в обычном пространстве, поэтому при локальном совпадении скорости течения с фазовой скоростью колебаний все резонансные частицы концентрируются в окрестности резонансной точки. В [4], где введено понятие о таких резонансах, они были названы гидродинамическими. Гидродинамические резонансы, как и всякие фазовые резонансы, должны радикально воздействовать на устойчивость неоднородно движущейся плазмы. В зависимости от конкретных условий такое воздействие может быть как стабилизирующим, так и дестабилизирующим. В настоящее время распространена точка зрения, согласно которой переход плазмы токамаков в режим улучшенного удержания обусловливается подавлением турбулентности из-за дрейфа в неоднородном электрическом поле. Весьма вероятно, что в обоих системах улучшение устойчивости плазмы было связано с явлением гидродинамического резонанса. Действительно, с одной стороны, при наличии такого резонанса воздействие движения на колебания плазмы становится особенно сильным, а с другой, это явление характерно именно для неоднородного движения. [36]
Оказалось, однако, что процессы перезамыкания совершенно неожиданно проявились в экспериментах, в которых все усилия экспериментаторов были направлены на получение спокойной плазмы без каких-либо динамических процессов. Наиболее устойчивой плазма, казалось бы, должна быть в условиях, когда она стабилизирована сильным магнитным полем. Установка такого типа называется токамаком. Упрощенно это - тороидальная камера с сильным продольным магнитным полем, в которой плазма создается и поддерживается в горячем состоянии протекающим по плазме продольным током. Идеально, в такой плазме должны образовываться вложенные друг в друга тороидальные поверхности, на которых располагаются магнитные силовые линии. Еще в ранних экспериментах Арцимовича, Мирнова и Стрелкова [17] и Горбунова и Разумовой [18] было обнаружено, что в плазме токамака иногда неожиданно развивается так называемая неустойчивость срыва, которая приводит к выбросу части полоидального магнитного потока за пределы плазмы, а иногда приводит к полному разрушению плазмы и прекращению тока. [37]
Страницы: 1 2 3