Способ возбуждения медленных кинетических волн в магнитоактивной плазме Советский патент 1990 года по МПК H05H1/00 

Изобретение относится к способам возбуждения воли в плазме и может быть использовано в целях дополнительного нагрева плазмы, подцержа1шя стационарного тока в плазме, а также создания двухкомпонентного режима термоядерного горения в тороидальных ловушках, в том числе в термоядерном реакторе.

Целью изобретения является повышение эффективности возбуждения медленных кинетических (ЬЖ) волн.

Цель достигается путем возбуждения МК-волн в магнитоактивной плазме с помощью антенных устройств с частотой

СО по); (0) ,

где п 2,3,4,...; со„;(0) (О

- с.

круговая частота, соответствующая ионному циклотронному резонансу для основных ионов на границе плазмы. В периферийную плазму перед возбуждением электромагнитных (МЭ) волн вводят добавку ионов, для которых вьтолняется условие

(2)

na}f;(0) moj (0)

&

О СО

ел

4 4

где m 1,2,3,4,..., причем

COg (0) - круговая частота, соответствующая основному ионному циклотронному резонансу для ионов на границе плазмы,

при этом при m Г относительная концентрация ионов добавки выбирается в соответствии с условием

п

А Z (0) А Z 2 ) - СО

(3)

п

- концентрация ионов добавки;

и; - концентрация основных ионов j

А - массовое число для ионов добавки ,

А - массовое число для основных ионов ,

Z - зарядовое число для ионов Lдобавки;

: Z - зарядовое число для основ- ;.ных ионов,

; В этом случае непосредственное во буждение МК-волн с периферии плазмы, «алример, с резкой границей, с помощью внешних антенных устройств, расположенных вблизи границы плазмы, достигается благодаря связи возбуж- |даемой МЭ-волны, являюшейся нераспро |страняющейся, если (О (0) , и |МК-волны за счет неоднородности плаз |мы (в данном случае резкой границы) |Такая связь может быть достаточно ;сильной, если поперечная длина МК-во |Ны не очень мала. Однако в реальных условиях из-за низкой иоьгаой температуры на периферии плазмы поперечная длина МК-волны очень мала, что и обусловливает слабую связь ме щенной МЭ- и МК-волн и, следовательно, сильное отражение Ю-волны, возбуждаемой антенной системой в вакуумном промежутке, от границы плазмы. Это приводит в случае использования токового возбуждения к высокому уровню колеблющейся (реактивной) мощности по сравнению с излучаемой в плазму (активной), а в случае потенциального возбуждения (использования антенн поверхностных волн) - к большой длине затухания поверхностных волн, особенно если велика расстройка частоты возбуждаемой волны относительно частоты ионного циклотронного резонанса ( CiJ ncOd).

Благодаря вводу в периферийную плазму добавки ионов, для которых

0

5

0

0

5

5

0

5

0

5

выполняется условие (2)j точка ионно- го циклотронного резонанса для добавки ( СО ) совпадает с точкой циклотронного резонанса ( СО ) для основных ионов, поскольку п и m - целые числа. Поэтому в области, где сО nCJ(.; , как в отсутствие добавки, так и при ее наличии МК-волна является распространяющейся в области высокой плотности плазмы, что необходимо для проникновения МК-волны вглубь плазмы.

Благодаря использованию такого сорта добавки, для которой , в случае m 1 поперечный ток в плазме, обусловленный основными , ионами, ослабляется поперечным током, вызываемым ионами добавки ( знаки этих токов различны при m 1). Ослабление тока приводит к уменьшению поперечного волнового числа МК-волны.

Уменьшение поперечного волнового числа МК-волны приводит к усилению связи МЭ- и МК-волн (поскольку поперечные показатели этих волн сближаются по величине) и, следовательно, усилению возбуждения Ж-волны. С увеличением концентрации ионов добавки этот эффект усиливается. При этом, если концентрация ионов добавки.увеличивается до значений, при которых п(0)п, ;, где п|; - плотность электронов, соответствующая условию ион- ионного гибридного резонанса „ 0, ( 6,( компонент тензора диэлектрической проницаемости), МЭ-волна становится распространяющейся, что еще больше усиливает эффективность возбуждения ввиду одинаковой природы дающей на границу электромагнитной волны иволны, распространяющейся вгубль плазмы. В этом случае электромагнитная волна, распространяющаяся вглубь плазмы в точке ион-ионного гибридного резонанса -(в обычных условиях неоднородной плазмы с нарастающей от границы плазмы плотностью) трансформируется в МК-волну, распространяющуюся вглубь плазмы. Однако при дальнейшем увеличении концентрации наступает ситуация, когда МЭ-волна не достигает зоны ион-ионного гибридного резонанса из-за возникновения зоны непрозрачности (МЭ-волна трансформируется в быструю волну перед зоной непрозрачности и таким образом в этом случае электромагнитная энергия не может проникнуть вглубь

1603544

относительно холодного газа на периферии плазмы, что затрудняет проникновение ионов добавки в центр плазменного шнура.

Формула

изобретения

плазмы). Поэтому при га 1 концентрация ионов добавки выбирается не больше критической, определяемой возникновением указанной зоны непрозрачности. Условием отсутствия такой зоны непрозрачности является использование такой концентрации ионов добавки, при которой зона ион-ионного гибридного резонанса не возникает в глуби- ю не плазмы, для чего концентрация ионов добавки должна удовлетворять условию (3). Это условие получается из неравенства 1.

Так как в плазме, состоящей изtS

двух сортов ионов, вызывающих поперечные токи в плазме одного знака, значение поперечного показателя преломления находится между значениями поперечных показателей преломления 20 для ппазмы, состоящей либо только из одного сорта ионов, либо только из другого сорта, то и в спучае

введение ионов добавки приводит к повышения эффективности возуменьшению поперечного волнового чис- 25 Суждения медленных кинетических волн, ла МК-волны. При этом это уменьше-° периферийную плазму песея B046viir

ние может быть сильным даже при относительно низкой концентрации ионов добавки. Уменьшение поперечного волнового числа, как и в случае m I, 30 приводит к усилению связи МЭ- и МК- волн и, следовательно, к усилению возбуждения МК-волны.

Особенностью способа является то, что повышения эффективности возбуждения МК-волны можно достичь при использовании относительно невысоких концентраций ионов добавки (5-10%), при этом такая концентрация необходима только на периферии плазменного шнура (в области возбуждения МК- волны). Поэтому в больших системах типа реактор-токмак, где поддержание плотности осуществляется в основном за счет инжекции крупинок45 в центр плазменного шнура, концент35

Способ возбуждения медленных кинетических волн в магнитоактивной плазме, включающий возбуждение электромагнитных волн с помощью антенных устройств с частотой

03$ (0)

где п 2,3,4,...,

) частота, соответствующая ионному циклотронному резонансу для основных ионов на границе плазмы,

отлич ающийся тем, что, с целью повышения эффективности возбуждения медленных кинетических вол в периферийную плазму перед возбуждением электромагнитных волн вводят добавку ионов, для которых выполняется условие nCOclCO) mcOc(O), где m 1,2,3,..., причем m п, а СО (0) - частота, соответствующая ионному циклотронному резонансу для ионов добавки на границе плазмы, при этом для m 1 относительная концентрация ионов добавки выбирается в соответствии с условием

-2 -2 а, 2

40

jv; А.

п, «А Z« аз.(О) -со

GJ )t-,(0)

рация ионов добавки в центре шнура может быть совершенно незначительной (1%), так как инжекцию ионов добавки можно осуществлять напуском

50

где п - концентрация ионов добавки} п, - концентрация основных ионов; А - массовое число для ионов

добавкиJ А - массовое число для основных

ионов; Z - зарядовое число для ионов

добавки; Z - зарядовое число для основных

ионов.

ю

относительно холодного газа на периферии плазмы, что затрудняет проникновение ионов добавки в центр плазменного шнура.

Формула

изобретения

ю

tS

20

повышения эффективности воз25 Суждения медленных кинетических волн, ° периферийную плазму песея B046viir

30

5

5

Способ возбуждения медленных кинетических волн в магнитоактивной плазме, включающий возбуждение электромагнитных волн с помощью антенных устройств с частотой

03$ (0)

где п 2,3,4,...,

) частота, соответствующая ионному циклотронному резонансу для основных ионов на границе плазмы,

отлич ающийся тем, что, с целью повышения эффективности возбуждения медленных кинетических вол в периферийную плазму перед возбуждением электромагнитных волн вводят добавку ионов, для которых выполняется условие nCOclCO) mcOc(O), где m 1,2,3,..., причем m п, а СО (0) - частота, соответствующая ионному циклотронному резонансу для ионов добавки на границе плазмы, при этом для m 1 относительная концентрация ионов добавки выбирается в соответствии с условием

-2 -2 а, 2

jv; А.

п, «А Z« аз.(О) -со

GJ )t-,(0)

где п - концентрация ионов добавки} п, - концентрация основных ионов; А - массовое число для ионов

добавкиJ А - массовое число для основных

ионов; Z - зарядовое число для ионов

добавки; Z - зарядовое число для основных

ионов.

Изобретение относится к способам возбуждения волн в плазме и может быть использовано в целях дополнительного нагрева плазмы в тороидальных ловушках. Целью изобретения является повышение эффективности возбуждения медленных кинетических волн. Для этого перед возбуждением электромагнитных волн частотой ω≤NΩ_CI(0), где N=2,3,4,..., Ω_CI(0) - частота, соответствующая циклотронному резонансу для основных ионов на границе плазмы, в периферийную плазму вводят добавку ионов, для которых выполняется условие NΩ_CI(0) = MΩ_C(0), где M=1,2,3,..., причем M*98N, а ω_C(0) - частота, соответствующая основному ионному циклотронному резонансу для ионов добавки на границе плазмы.