Экспериментальные исследования МГД неустойчивостей в токамаке тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.08, кандидат физико-математических наук Авакиан Маркус

• Авакиан Маркус
• кандидат физико-математических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Авакиан Маркус

I. ВВЕДЕНИЕ

II. РАВНОВЕСИЕ ПЛАЗМЫ В ТОКАМАКЕ

III. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ДРЕЙФФОВЫХ И ТИРИНГ МОД

3.1. Скорость диамагнитного дрейфа и простой вывод дрейфового волнового дисперсионного уравнения

3.2. Кинк и тиринг моды

3.3. Результаты последних экспериментов по исследованию колебаний

IV. ОПИСАНИЕ ТОКАМАКА ALVAND IIC

V. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛАЗМЫ

VI. ТЕХНИКА РАСЧЕТОВ

VII. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ ПРИ ФИКСИРОВАННЫХ ПАРАМЕТРОВ ПЛАЗМЫ

7.1. Спектральные и фазовые соотношения

7.2. Корреляционная функция

7.3. Временные и радиальные зависимости характеристик флуктуаций

VIII. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПЛАЗМЫ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ КОЛЕБАНИЙ

8.1. Влияние начального давления газа

8.2. Влияние величины тороидального магнитного поля

8.3. Влияние тока плазмы

8.4. Напуск газа

Заключение диссертации по теме «Физика плазмы», Авакиан Маркус

Основные результаты, полученные в настоящей работе, можно сформулировать следующим образом :

1. Проведены работы по расчету, проектированию, сооружению и запуску токамака АЬУАМ) ПС со следующими параметрами : большой радиус установки - 45.5 см малый радиус установки - 12.6 см ток плазмы - 30 КА магнитное поле - 0.8 Тл

2. Создан диагностический комплекс.

3. Разработана и изготовлена система автоматического сбора и обработки информации.

4. Разработана система корреляционного анализа колебаний плазмы.

5. Проведено детальное исследование зависимости параметров МГД неустойчивостей в токамаке от параметров самой плазмы. Были определены спектры, корреляционные длины, фазовые скорости колебаний как в азимутальном, так и в радиальном направлениях.

6. На основе полученных результатов сделан вывод о том, что в плазме токамака АЬУАЖ) ПС развивается модифицированная диамагнитным дрейфом тиринг неустойчивость, которая,повидимому, играет основную роль в переносе частиц и тепла в токамаке.

XI. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Как было указано выше, аномальные переносы в токамаке повидимому связаны с двумя типами неустойчивостей - неустойчивостями дрейфового типа и МГД тиринг неустойчивостями. В момент написания диссертации экспериментальные результаты не позволяли однозначно определить ни тип основных колебаний в плазме , ни неустойчивость, ответственную за усиление переносов. В некоторых работах утверждалось, что наблюдаются волны дрейфового типа, другие объясняли полученные результаты на базе МГД теории. Результаты, полученные в настоящей работе , показывают, что в токамаке ALVAND IIC тиринг моды, модифицированные диамагнитнм дрейфом, повидимому играют основную роль.

Кинетическая теория тиринг-мод, развитая в работе Дрейка и Ли [19] , была описана в III главе. Представляется, что результаты их теории достаточно хорошо описывают наши экспериментальные данные. Однако, некоторое различие между предсказаниями этой теории и экспериментальными данными все же наблюдается.

Представляется вероятным, что результаты для небольшого количества экстремально всоких температур для искусственно созданной плазмы, такой , как плазма в токамаке. с ее очень большим числом степеней свободы, не могут претендовать на то, что они полностью и точно вписывают поведение плазмы. Эксперименты показывают, что плазма токамака является сложной физической системой , имеющей много механизмов самоорганизации, которые включаются последовательно [4]. Эти механизмы контролируют поведение плазмы. Обычно они сильно нелинейны и поэтому их исследование, понимание и интерпретация представляют собой сложную задачу. Для описания таких сложных процессов необходимо провести детальное исследование элементарных нелинейных механизмов, которые приводят к самоорганизации плазмы. Необходимо проанализировать все неустойчивости плазмы в линейном и нелинейном режимах и только после этого появится возможность объединить все результаты в общую картину сложного поведения плазмы.

В заключение автор считает своим приятным долгом выразить свою глубокую благодарность реководителям работы Проф.Р.Амроллахи и д.ф-м.н. Н.Бревнову, Сако Авакиану за его постоянную помощь при компьютерных вычислениях и всему коллективу Лаборатории Физики плазмы Организации Атомной Энергии Ирана за их помощь при выполнении этой работы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Авакиан Маркус, 1998 год

1. Keishiro. Niu, Nuclear Fusion Tokyo 1.stitute of Technology, English Edition (1989)

2. Chen, Francis F., Introduction to Plasma Phyics.

3. Pfirsh, P. and Schlütter, A., Garching Report MPI-PA-7-62 (1962).

4. Cap, Ferdinand F., Handbook of Plasma Instabilities, v.l, Academic Press, New York, 1976, P.336.

5. Kadomtsev B.B., Tokamak Plama: A Complex Phyical System. IV Kurchatov Institute (1992).

6. J.C.Hosea andBobeldyk, Physics of Fluids, v. 16, pp. 1329-1336 (August 1973).6. . Yoshikava, Physics of Fluids, v.7, pp.278-283,( 1969).

7. Boyd T.J.M. and Sanderson J.J., Plasma Dynamics, Barnes and Noble, Inc., New York, 1969, p.42.

8. Chen, Francis F., Introduction to Plasma Physics, Plenum Press, New York and London, 1974, pp. 194-197.

9. Ellis R.F. and Matley R., "Current-Driven Collisional Drift Instability", Phys. Fluids, 17, 582(1974).

10. Makishima K. et al., Simultanious Measurements of the Plasma Current Profile and Instabilities in a Tokamak", Phys.Rev.Lett., 36, 142(1976).

11. Mirnov .V., Semenov I.B. , Investigation of the Instabilities of the Plasma String in the Tokamak-3 Sytem by means of Correlation Method", Atomnaya Energiya, 30, 20 (19710.

12. Hosea J.C., Bobeldyk C., Grove D.J., "Stability Experiments on the ST Tokamak", Plasma Phyics and Controlled Nuclear Fusion Research (Proc. Madison Conference, June 17-23, 1971), IAEA, Vienna, 1972, v.II, p.425.

13. Hamberger .M. et al., Experimental Study of Enchanced Diffusion by Electrostatic Fluctuations in an Ohmically Heated Toroidal Plama", Phys.Rev.Letter, 37,1345,(1976).

14. Surco C.M. and Sluher R.F., "Study of the Density Fluctuations in the Adiabatic Toroidal Compressor Tokamak Using C02 Laser scattering", Phy.Rev.Letter, 37, 1747 (1976).

15. Mazzucato E., "Small-scale Density Fluctuations in the Adiabatic Toroidal Compressor", Phys.Rev.Letter, 36, 792(1976).

16. Kadomtsev B.B., "Tokamak Plama a Complex Physical System", p.65.

17. Kruskal M.D. et al. "Hydromagnetic Instability in a Stellarator", Phys. Fluids, 1, 421.

18. Kruskal M.D. V. Atomic Energy Comission Report, No. NYO-6045 (PM-5-12)(1954).

19. Drake J.F. and Lee Y.C., "Kinetic Theory of Tearing Instabilities", UCLA report pp.6-282 (1976).

20. Avakian M. et al., "Construction of AVALAND IIC Tokamak", ICPP 7P-II-13, Nagoya, Japan (1980).

21. Avakian M. et al., "The Iranian Tokamak", IAEA Technical Committee Meeting on Research Using Small Tokamak", Budapest, (1985).

22. Avakian M. et al., "Design and Construction of Small Tokamak", PPG. NRC. AEOI. Internal report (Farsi).

23. A.Eubank andE.Sindony, "Course on Plasma Diagnotic and Data Acquisition Sytem", C.N.R., EURATOM, 1975.

24. Robert Verbeak , A 150 GHz Interferometer Density Diagnotics ", Association CNEN-EURATOM Frascati, Italy.

25. M.R.Spiegel, "Advanced Mathematic for Engineer & Scientists", Schaum's outline series.

26. Barber N.F., "Experimental Correlograms of Fourier Transform", Pergamon Press, Inc., New York.

27. Smith D.E., Powers E.J., Caldwell G.S., "Fast-Fourier-Transform Spectral-Analysis Techniques as a Plasma Fluctuation Diagnostic Tool", IEEE Transaction on Plasma Science", PS-2, 1974.

28. Kim Y.C., Powers E.J., " Effects of Frequency Averaging on Estimates of Plasma Wave Coherence Spectra", IEEE Transactions on Plama Science, PS-5 (1977).

29. Cross R.C., "Constructions of Diagnostic Equipment for the Texas Tech Tokamak", Texas Tech University, Plasma Laboratory Report NSF-eng-7303941-2(1977).

30. Rutherford PH., Furth H P., Rosenbluth M.N., "Nonlinear Kink and Tearing Mode Effects in Tokamaks", Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research ,IAEA, Vienna, 1971, v.II, p.533.

31. Furth H.P., Rutherford P.H. and Selbery H., "Tearing Mode in the Cylindrical Tokamak", Phys. Fluids, 16,1054,(1973).