ИЗУЧЕНИЕ ЛОКАЛЬНОГО ДИАМАГНЕТИЗМА В ПЛАЗМЕ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ ЛОВУШКИ МЕТОДОМ СПЕКТРОСКОПИИ АТОМАРНОГО ПУЧКА


Презентация изнутри:

Слайд 0

ИЗУЧЕНИЕ ЛОКАЛЬНОГО ДИАМАГНЕТИЗМА В ПЛАЗМЕ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ ЛОВУШКИ МЕТОДОМ СПЕКТРОСКОПИИ АТОМАРНОГО ПУЧКА А.А. Лизунов (по материалам кандидатской диссертации)


Слайд 1

Содержание: 1. Эксперименты по изучению анизотропной плазмы с высокоэнергичными ионами на установке ГДЛ 2. Диагностика для измерения магнитного поля в плазме ГДЛ методом спектроскопии атомарного пучка 3. Модель спектра излучения H? для условий измерений при помощи MSE-диагностики 4. Изучение радиального профиля магнитного поля и ? двухкомпонентной плазмы в ГДЛ 5. Заключение: основные результаты работы


Слайд 2

Изучение пространственного распределения анизотропных ионов в области точки остановки является одной из наиболее важных задач Конфигурация магнитного поля и продольный профиль плотности плазмы в газодинамической ловушке (а также в проекте источника нейтронов)


Слайд 3

Расстояние между пробками Магнитное поле в центральной плоскости в пробках Плотность мишенной плазмы радиус в центральной плоскости электронная температура Энергия дейтериевых пучков Длительность инжекции Полная инжектируемая мощность Угол инжекции 7 м до 2.8 кГс до 150 кГс 3?6?1013 см-3 ??? см ?90 эВ 15??? кэВ 1 мс 4 МВт 45? Плотность быстрых ионов в точке остановки Средняя энергия быстрых ионов Максимальное локальное ? ?1013 см-3 ?10 кэВ 0.4 Основные характеристики установки ГДЛ и типичные параметры плазмы


Слайд 4

Диагностический инжектор атомов водорода Оптическая система Численная модель спектра излучения пучка Компоненты диагностического комплекса для изучения локального диамагнетизма плазмы в ГДЛ


Слайд 5


Слайд 6

Схема MSE диагностики на ГДЛ


Слайд 7

Разработана модель структуры оптических переходов n=3 ? n=2 в атоме водорода (спектр H?) для условий измерений при помощи MSE-диагностики Подобная модель необходима для интерпретации результатов измерений при величине магнитного поля ~2-4 кГс (ГДЛ, MST) Метод вычисления абсолютной величины магнитного поля: вписывание в экспериментальный спектр модельной кривой (варьирование параметров) Точность измерения |B| в эксперименте на ГДЛ: ?5%


Слайд 8

Разработан оптимизированный «сценарий» эксперимента по удержанию плазмы, характеризующийся следующими основными особенностями: Эффективное уменьшение дестабилизирующего влияния радиального электрического поля на МГД-устойчивость плазмы (лимитеры и секционированные приемники плазмы с контролируемыми потенциалами) Уменьшение продольных потерь энергии из плазмы за счет применения альтернативных методов поддержания баланса частиц (периферийная и осевая инжекция газа) Достижение максимальных для ГДЛ величин энергосодержания, плотности анизотропных ионов и других параметров, при малой радиальной ширине их профилей Эксперимент по изучению пространственных профилей быстрых ионов


Слайд 9

Впервые проделаны прямые измерения локального магнитного поля и ? в плазме ГДЛ ? ? 2·?B/B Радиальный профиль ?+ в точке остановки быстрых дейтонов (^). Максимальное значение на оси 0.4, радиус ?8 см (ларморовский радиус быстрого дейтона со средней энергией 10 кэВ ?i ?7 см.


Слайд 10

Обнаружен эффект формирования узкого радиального распределения быстрых ионов с высокой плотностью Из измерения максимального локального ?=0.4 следует оценка максимальной плотности быстрых ионов nfi?2·1013 см-3, близкая к плотности мишенной плазмы n?4·1013 см-3. Радиальный профиль диамагнетизма вследствие накопления анизотропных ионов имеет характерный радиус 8 см, близкий к ларморовскому радиуса иона со средней энергией 10 кэВ. Начальный профиль плотности захваченных ионов приблизительно вдвое шире (? 15 см).


Слайд 11

ЗАКЛЮЧЕНИЕ: основные выводы работы (1) На установке газодинамическая ловушка создана диагностическая система для измерения локального значения магнитного поля в плазме методом анализа спектра излучения зондирующего пучка атомов (MSE диагностика). Уникальные характеристики диагностического водородного пучка, создаваемого инжектором ДИНА-5М: малый диаметр в плоскости фокуса, равный 4 см, и высокая плотность тока, достигающая 250 мА/см2, позволили проводить измерения в локальной области плазмы (4-4.5 см) с временным разрешением 200 мкс. Это чрезвычайно важно для эксперимента по изучению быстрых ионов в ГДЛ, имеющих энергетическое время жизни ?700 мкс, а также анизотропное пространственное и угловое распределение. Минимальное значение абсолютной величины магнитного поля, измеряемой созданной спектральной MSE диагностикой с требуемой точностью 4%, составляет ?4 кГс, что является рекордным показателем для подобных систем, работающих на установках для магнитного удержания плазмы. Соответствующая точность измерения локального диамагнетизма плазмы составляет 10%.


Слайд 12

ЗАКЛЮЧЕНИЕ: основные выводы работы (2) Создана квантовомеханическая модель структуры оптических переходов в атоме водорода для условий измерений при помощи MSE-диагностики. Численный код на ее основе позволяет моделировать распределение интенсивности в штарковском спектре мультиплета H? с учетом эффекта Зеемана, тонкой структуры уровней и лэмбовского сдвига. Применение данной модели для обработки экспериментальных данных и вычисления магнитного поля в условиях ГДЛ необходимо для обеспечения требуемой точности, поскольку вклад всех указанных эффектов в расположение и интенсивность компонент спектра сравним по величине. Предложен и разработан метод управления радиальным распределением потенциала плазмы при помощи системы радиальных лимитеров и секционированных плазмоприемников, на которые подаются контролируемые потенциалы. В результате применения данной системы для минимизации электрического поля в плазме и соответствующего подавления его дестабилизирующего влияния на МГД-устойчивость был достигнут режим с рекордными для ГДЛ параметрами плазмы. В данном режиме получены максимальные значения энергии, запасенной в анизотропной компоненте, интенсивности термоядерных d-d реакций, плотности быстрых ионов и ?, а также других параметров. Режим также характеризуется узкими радиальными профилями этих величин.


Слайд 13

ЗАКЛЮЧЕНИЕ: основные выводы работы (3) В эксперименте на установке ГДЛ при помощи MSE-диагностики впервые были проделаны прямые измерения магнитного поля и ? в плазме. Изучение радиального распределения ? в области точки остановки быстрых ионов показало, что максимальное значение ? составляет 0.4. Эта величина является рекордным показателем для открытых аксиально-симметричных систем с магнитным удержанием плазмы. Для магнитной конфигурации ГДЛ, теорией предсказывается порог устойчивости относительно развития баллонных МГД-мод, близкий к измеренной величине. Соответствующая измеренному значению ? максимальная плотность быстрых ионов составляет ?2?1013 см-3 и близка к плотности мишенной плазмы. Обнаружен эффект формирования узкого радиального профиля плотности быстрых ионов со средней энергией 10 кэВ. Радиальный профиль ? имеет характерный радиус ?8 см, что лишь незначительно превышает ларморовский радиус быстрых ионов с энергией 10 кэВ. Продемонстрировано, что ионно-горячая анизотропная плазма с высоким ? и компактным радиальным распределением удерживается в режиме без микронеустойчивостей и МГД-неустойчивостей.


Слайд 14


Слайд 15


Слайд 16


Слайд 17

Результаты моделирования Модельный спектр H?: Энергия атомов 40 кэВ, магнитное поле 2 кГс, угол наблюдения ? = 22.5? Зеемановский спектр H? «мишенной» плазмы и результат вписывания модельного профиля Магнитное поле 25 кГс


Слайд 18

Примеры штарковских спектров в эксперименте на ГДЛ Спектр в эксперименте с холодной плазмой Калибровка спектральной дисперсии по H? и CII Спектр в эксперименте с горячей плазмой Усреднение по 5-ти выстрелам Спектр пучка в отдельном выстреле: сигнал/шум ?1.5


×

HTML:





Ссылка: