СТАЦИОНАРНОЕ УДЕРЖАНИЕ АНИЗОТРОПНОЙ ГОРЯЧЕЙ ПЛАЗМЫ В ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ ЛОВУШКЕ Группа ГДЛ. ИЯФ СО РАН Докладчик: А.В.Аникеев XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г. СТАЦИОНАРНОЕ УДЕРЖАНИЕ АНИЗОТРОПНОЙ ГОРЯЧЕЙ ПЛАЗМЫ В ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ ЛОВУШКЕ А.В.Аникеев1,2, П.А.Багрянский1,2, А.С.Донин1,2, А.В.Кирeенко1, К.Ю.Кириллов2, М.С.Коржавина2, А.А.Лизунов1, В.В.Максимов1,2, С.В.Мурахтин1,2, Е.И.Пинженин2, В.В.Приходько1,2, Е.И.Солдаткина1,2, А.Л.Соломахин1,2. 1 2 Институт ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН Новосибирский государственный университет План доклада: Введение: основные задачи эксперимента. Модернизация установки ГДЛ. Стационарный режим удержания с инжекцией пучков водорода. Стационарный режим удержания с инжекцией пучков дейтерия. МГД-устойчивость плазмы в режимах с высоким . Эксперименты с концевым компактным пробкотроном. Заключение: выводы и планы. XXXV XXXIII Международная Международная (Звенигородская) (Звенигородская) конференция конференция по физике по физике плазмы плазмы и УТС, и УТС, 11-15 14февраля февраля2008 2006г г. Установка ГДЛ, в ИЯФ СО РАН, Новосибирск XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г. Общая схема установки ГДЛ Длина Магнитное поле в центре в пробке Пробочное отношение 7м 0.3 Т до 12 Т ≈ 35 Мишенная плазма: 1013-1014 cм-3, 100-200 эВ Быстрые ионы (H+,D+): ~1013 см-3, <E>≈10 кэВ XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г. Модернизация системы атомарной инжекции установки ГДЛ Системы питания (8 модулей): 25 кВ, 60 А, 5 мс XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г. Модернизация системы атомарной инжекции установки ГДЛ Отработана технология серийного производства и ввода в эксплуатацию атомарных инжекторов с «дырочной» ионной оптикой и геометрической фокусировкой. Типичные параметры: энергия мощность длительность импульса - 23 кэВ до 1 МВт 5 мс XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г. Модернизация системы атомарной инжекции установки ГДЛ XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г. Модернизация системы атомарной инжекции установки ГДЛ Суммарная мощность инжектируемых нейтральных пучков t, μs Захваченная в плазму мощность (без дополнительной инжекции газа) XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г. Стационарный режим удержания Характерное энергетическое время жизни быстрых ионов относительно торможения на электронах мишенной плазмы tE ≈ 700 мкс < τNBI Удлинение атомарной инжекции, частичное использование новых фокусированных пучков, периферийная инжекция нейтрального газа и оптимизация радиального профиля электрического потенциала позволили реализовать стационарный режим удержания плазмы. XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г. Схема ГДЛ и размещение диагностик XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г. Периферийная инжекция холодного газа XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г. Периферийная инжекция холодного газа Профиль плотности теплой мишенной плазмы XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г. Стационарный режим при инжекции H0 Инжектированная и захваченная в плазму мощность t, μs XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г. Стационарный режим при инжекции H0 Температура электронов Данные системы томсоновского рассеяния и расчетные значения time after NBI start, ms XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г. Стационарный режим при инжекции D0 Инжектированная и захваченная в плазму мощность XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г. Стационарный режим при инжекции D0 3 4 5 6 Time, ms 7 8 9 10 3 4 5 6 Time, ms 7 8 9 10 XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г. Стационарный режим при инжекции D0 Инжектированная и захваченная в плазму мощности. Диамагнетизм плазмы Плотность потока нейтронов DD реакции измеренная в точке остановки. t, μs XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г. Стационарный режим при инжекции D0 Температура электронов (радиальный профиль) XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г. Стационарный режим при инжекции D0 Поперечные профили потока атомов перезарядки на искусственной мишени. 22-23 кэВ 17-18 кэВ 14-15 кэВ XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г. Стационарный режим при инжекции D0 Радиальный профиль потока протонов DD реакции в точке остановки. [В.В.Максимов МС-1-22, четверг, утро] XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г. Стационарный режим при инжекции D0 Результаты прошлогодних измерений при Wf ≈ 750 Дж: max = 45% В новых экспериментах из данных измерений диамагнетизма и нейтронного потока max ≥ 60% Оценка максимальной плотности быстрых частиц (в точках отражения) nf ≥ 4x1013 cm-3 XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г. В настоящее время модернизированная установка ГДЛ позволяет провести ряд важных с точки зрения термоядерных приложений экспериментов 1. Завершен цикл исследований влияния радиального электрического поля на удержание плазмы в ГДЛ. [Е.И.Солдаткина МУ-2 - 2] С помощью специальных электродов формируется «транспортный барьер», обеспечивающий устойчивое удержание плазмы с ≈ 50% в стационарном режиме. При этом конвективные потери поперек магнитного поля не превышают 1% от продольных потерь. XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г. Теоретическое описание, основанное на результатах экспериментов, позволяет рекомендовать разработанную методику как эффективное средство МГД-стабилизации плазмы в термоядерных системах класса нейтронного источника на основе ГДЛ. [А.Д Беклемишев МС-2-6 ] φ, отн. ед. Δx, cm Сравнение расчетного и измеренного профиля потенциала плазмы в области «ступеньки» Линии потока плазмы в нелинейной стадии развития моды m=1 желобковой неустойчивости XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г. 2. Проведена новая серия экспериментов по изучению накопления и удержания горячих ионов в компактном пробкотроне, присоединенном к одной из пробок установки ГДЛ. [В.В.Приходько МУ-3-7, пятница, утро] Плотность быстрых ионов в зависимости от захваченной в плазме мощности пучков. Параметры эксперимента: Магнитное поле B0/Bm 2.4 / 5 Tл Мощность инжекции 1 МВт Плотности: nf 3.7x1013 см-3 nw 0.3x1013 см-3 XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г. 3. Изучен эффект амбиполярного запирания потока теплой плазмы из центральной ячейки установки ГДЛ. t = 6 мс Плотность тока ионов в расширитель за КП. Синяя кривая – без инжекции в КП, красная – с инжекцией. Зависимость плотности потока ионов от мощности инжекции. XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г. Заключение В результате второго этапа модернизации системы атомарной инжекции на установке ГДЛ к началу лета 2007 года надежно работала комбинированная система атомарной инжекции: два старых инжектора типа СТАРТ-3 с увеличенной длительностью инжекции и четыре инжектора нового поколения с фокусированной «дырочной» ИОС. Средняя по времени мощность атомарной инжекции после модернизации достигла 3.5 МВт (4 МВт в максимуме). В экспериментах по инжекции быстрых атомов водорода удалось получить стационарный режим удержания плазмы с рекордной на сегодняшний день электронной температурой в установке ГДЛ 150 эВ, что достаточно хорошо соответствует предсказаниям теории для имеющейся полной мощности инжекции нейтральных пучков 3.5 МВт. В специально реализованном «распадном» эксперименте температура электронов превысила 200 эВ. При использовании в системе нагревной инжекции пучков атомов дейтерия реализовывался стационарный режим удержания двухкомпонентной плазмы с высоким относительным давлением ≈ 60%. Энергосодержание быстрых ионов при этом превысило килоджоуль. Плотность быстрых ионов со средней энергией 10 кэВ достигала в точках остановки 4x1013см-3 и была сравнима с плотностью мишенной плазмы. В настоящее время модернизированная установка ГДЛ позволяет провести ряд важных с точки зрения термоядерных приложений экспериментов. XXXV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11-15 февраля 2008 г.