Способ стабилизации резистивной винтовой неустойчивости плазмы Советский патент 1989 года по МПК H05H1/00 

Изобретение относится к производству электрической или тепловой энергии, а именно к технике управляемой термоядерной реакцией, и может быть использовано в установках управляемого термоядерного синтеза, построенных по принципу токамако-замкнутой магнитной ловушки с вращательным преобразованием магнитных силовых линий, создаваемых током, протекающим в плазме.

Целью изобретения является повышение эффективности способа и расширение его применимости также на случай немонотонного профиля плотности тока в плазме.

На фиг. 1 изображены элементы пришц пиальной схемы системы Тока

315

на фяг. 2 и 3 - кривые, характеризующие особенности способа стабилизации резистивной винтовой неустойчивости плазмы.

Плазма 1 удерживается магнитной системой Токомак, которая формирует плазменную тороидальную конфигурацию с мальм диаметром 2а и большим диаметром 2R (фиг.1), На фиг. 1 показаны: катушка 2, создающа магнитное поле; контуры 3 и А высокой частоты, возбуждающие стабилизирующие токи. Наличие двух высокочастотных контуров позволяет одновременно стабилизировать тирингтоды вблизи магнитных поверхностей. ВЧ- контуры помещают внутри тороидальной камеры (не изображена), если последняя проводящая. Основной ток в плазме возбуждается индуктором 5.

На фиг. 2 в относительных единица приведены радиальные распределения запаса устойчивости q (кривая 6) и плотности тока j (кривая 7), причем - максимальное значение тока; q - значение q на границе плазмы. На оси абащсс отложены, относительные значения радиуса (а - радиус границы плазмы). Пунктиром показаны стабилизирующие добавки тока с относительной величиной 5% от максимальной плотности тока. Отрезком, параллельным оси абсцисс, показан уровень пересечение которого с кривой 6 задает положение рациональных магнитных поверхностей.

На фиг. 3 приведены в относитель- 1ьк едо1ницах инкременты j резистивно виктоп лй неустойчивости с модой га/п 2/1 для распределения плотности ТОК&., показан 1ого кривой 7 на фиг. 2 в зависимости от запаса устойчивость на границе плазмы с круговым сечением. Кривая 8 (фиг.З) соответствует резистивной винтовой неустойчивости на рациональной магнитной поверхности с меныш1м, а кривая 9 с большим радиусами. Пунктиром показаны инкременты при наличии стабилизи- ру1ош;их добавок тока, приведенных на фиг. 1. Инкременты могут быть сведены к нулю.

В качестве конкретного примера рассмотрим применение предлагаемого способа для параметров Токамак ННТОР : R 4,9 м; а 1,2 м; ток в плазме 1п 8 МА; запас устойчивости на границе q 2,4 средняя темпера

0

5

0

5

31

5

Q

0

5

0

5

1тура HGHtjH . Т - 10 KDBj средняя плотность ионов п; 1, магнитная индукция на оси Н 5,5 Т, распределения плотности и температуры плазм 11 по радиусу монотонно спадающие .

В качестве первого действия определяем профиль и соответственно градиент q посредством измерения фара- деевского вращения плоскости поляризации проходящего через плазггу монохроматического света,, создаваемого лазерным источником, при одновременном измерении электронной плотности плазмы. Эти данные позволяют определить полоидальньй компонент магнитного поля, а затем профщть q и его градиенты.

Наиболее опасной модой тиринг- неустойчивости является мода m 2j п 1 , Поэтоьгу в качестве примера рассмотрим стабилизацию этой моды неустойчивости.

Если, например, определено, что в области магнитной поверхности с q 2, где возможно развитие тиринг- неустойчпвости m 2; п 1, градиент положителен, то выбираем направление бегущей волны, создаваемой ВЧ-кон- турдм, таким, чтобы стабилизирующий ток в плазме совпадал с направлением основного тока.

Стабилизирующий ток 1,вГип13и магнитной поверхности с q 2 при

i /i 0,05 (i, j - соответст- s

венчо плотность стабилизн11ующей добавки тока и максимальная плотность основного тока в плазме) и ширина зоны локализации (,05 а (а - радиус плазмы) оцениваются для приведенных параметров ИНТОРА величиной I 15-20 кА; а частота ВЧ-поля (при h ; - 1.10 в области локализации стабилизирующего тока) равна 3,3 МГц и 0,75 МГц при волновых числах ВЧ-контура М 3j N 12 и М 2; N 2 соответственно.

Использование предлагаемого способа стабилизагши неустойчивости позволяет эф4)ективно стабилизировать и предотвращать резистивные винтовые неустойчивости при любых, в том числе и немонотонных, профилях запаса устойчивости.

Формула изобретения

Способ стабилизации резистивной винтовой неустойчивости плазм, в

токамаке, включающий локальное профилирование плотности тока вблизи тороидальной магнитной поверхности, в окрестности которой возможно развитие данной моды неустойчивости, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности способа и расширения его применимости так же на случаи немонотонного профиля плотности тока в плазме, определяют знак градиента запаса устойчивости в области стабилизации и возбуждают локальньп постоянный стабилизирующий

ток, направление которого совпадает 15

с 10

15

5013116

с направлением тока в плазме при положительном градиенте запаса устойчивости в области стабилизации и с противоположно ему при отрицательном градиенте запаса устойчивости, причем возбуждение стабилизирующего тока осуществляют бегущей альфве- новской волной кручения, частота и 10 пространственньй период которой задаются условием локального альфвеновс- кого резонанса, определяемым равенством фазовой скорости волны и альфве- новской скорости в плазме на выбранной магнитной поверхности.

Изобретение относится к производству электрической или тепловой энергии, а именно к технике управляемой термоядерной реакции, и может быть использовано в установках управляемого термоядерного синтеза, построенных по принципу токамака. Целью изобретения является повышение эффективности способа и расширение его применимости также на случаи немонотонного профиля плотности тока в плазме. При стабилизации винтовой резистивной неустойчивости в токамаке вблизи магнитной поверхности определяют градиент запаса устойчивости Q= @ B_*98ф/DL/2φ @ ρB_*22oDL, где B_*98ф и B_*22о - тороидальная и полоидальная компоненты индукции магнитного поля на магнитной поверхности

ρ - расстояние от точки на контуре DL, по которому ведется интегрирование, до главной оси тора. Осуществляют локальное профилирование плотности тока вблизи магнитной поверхности возбуждением локального постоянного стабилизирующего тока, направление которого совпадает с направлением основного тока в плазме при Q*980 и противоложно ему при Q*980. Возбуждение стабилизирующего тока осуществляют бегущей альфвеновской волной кручения, частота и пространственный период которой посредством внешних возбуждающих контуров задаются условием локального альфвеновского резонанса, определяемым равенством фазовой скорости волны и альфвеновской скорости в плазме на выбранной магнитной поверхности. 3 ил.

(ригЛ

а