Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
Том 51, № 3 (2025)
ТОКАМАКИ
РАБОЧАЯ ОБЛАСТЬ, ОГРАНИЧЕНИЯ И ОЖИДАЕМОЕ СООТНОШЕНИЕ СИГНАЛ-ШУМ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ “РЕФЛЕКТОМЕТРИЯ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОФИЛЯ ЭЛЕКТРОННОЙ ПЛОТНОСТИ” НА ТОКАМАКЕ Т-15МД
Аннотация
Проведена оценка рабочей области и диапазона измерений разрабатываемой для установки Т-15МД диагностики “Рефлектометрия для измерения профиля электронной плотности”. Рассматриваются актуальные измерения в конструкции диагностики, приводятся параметры узлов диагностики, оценивается ожидаемое соотношение сигнал-шум. В заключении приводится оценка максимального уровня флуктуаций плотности, при котором диагностика сохраняет свою работоспособность и его сравнение с результатами измерений на других установках. Работа представляет интерес для специалистов, участвующих в разработке микроволновых диагностик для термоядерных установок.
Физика плазмы. 2025;51(3):251-269
251-269
ПРОЦЕССЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ УДЕРЖАНИЕ ЭНЕРГИИ В ПЛАЗМЕ ТОКАМАКА
Аннотация
Обсуждаются процессы, связанные с самоорганизацией плазмы в токамаках, и модель формирования самосогласованных профилей давления, используемая в уравнениях баланса энергии и частиц. Самоорганизацию плазмы можно интерпретировать как формирование структуры, состоящей из цепочки магнитных островов, в каждом из которых может формироваться самосогласованный профиль давления. Сближение цепочек островов приводит к аномальному переносу, а их расхождение—к образованию транспортных барьеров. В предлагаемой модели полный поток энергии Γ состоит из двух основных частей: Γ0 и Γ1, где Γ0 соответствует самосогласованному профилю давления, а аномальный турбулентный поток Γ1 появляется, когда профиль давления искажается дополнительным нагревом/охлаждением, а также имеется неоклассический поток Γneo. Проанализированы профили давления электронов, полученные методом томсоновского рассеяния в плазме c магнитными островами, и влияние пилообразных колебаний на аномальный поток Γ1. Приведены примеры ухудшения удержания плазмы за счет неоптимального вклада дополнительной мощности нагрева и улучшения удержания за счет увеличения радиационных потерь на периферии, приводящих к снижению уровня магнитных флуктуаций, которое можно связать с расхождением цепочки магнитных островов или с уменьшением размера островов.
Физика плазмы. 2025;51(3):270-281
270-281
МАГНИТНЫЕ ЛОВУШКИ
ОЦЕНКА ПРИМЕНИМОСТИ ЭЛЕКТРОННОГО ЦИКЛОТРОННОГО НАГРЕВА ПЛАЗМЫ НА УСТАНОВКЕ ГОЛ-NB
Аннотация
Представлены результаты моделирования различных вариантов реализации электронно-циклотронного резонансного (ЭЦР) нагрева плазмы в многопробочной ловушке ГОЛ-NB. Исследовалось распространение и поглощение волн ЭЦР-диапазона для модельного радиального профиля плотности плазмы как в существующей магнитной конфигурации, так и в перспективной с увеличенным полем в центральной ловушке. Моделирование показало, что существует возможность эффективного нагрева необыкновенной волной на первой гармонике для частот 37 и 54.5 ГГц. При этом имеется проблема “паразитного резонанса” на “внешней” поверхности циклотронного резонанса со стороны слабого поля. Нагрев необыкновенной волной на второй гармонике может быть относительно эффективным для температуры электронов выше 100 эВ для частот 75 и 95 ГГц, что превышает температуру плазмы, достигнутую в настоящее время в эксперименте.
Физика плазмы. 2025;51(3):282-295
282-295
ДИАГНОСТИКА ПЛАЗМЫ
МЕТОДИКА ДИАГНОСТИКИ ПЛАЗМЫ ПО РЕЗОНАНСНЫМ ЛИНИЯМ NE-ПОДОБНОГО KR XXVII И ИХ САТЕЛЛИТАМ
Аннотация
Рассмотрена рентгеноспектральная диагностика лазерной плазмы тяжелых элементов, не содержащей малоэлектронных ионов. Развит рентгеноспектральный метод измерения температуры и плотности лазерной плазмы криптоновых кластерных мишеней, использующий резонансные спектральные линии Ne-подобных ионов Kr XXVII криптона и их диэлектронные сателлиты, обусловленные переходами в Na- и Mg-подобных ионах Kr XXVI и KrXXV. Использование результатов проведенных расчетов позволяет определять ионную плотность плазмы в диапазоне 1017–1021 см−3 и электронную температуру в диапазоне 200–1000 эВ. Показано, что для экспериментальной регистрации всех необходимых диагностических спектральных линий ионов криптона может быть применен один спектрометр со сферически изогнутым кристаллом кварца, обладающий достаточно высокими спектральным и пространственным разрешением.
Физика плазмы. 2025;51(3):296-303
296-303
ПУЧКИ В ПЛАЗМЕ
ВРАЩАТЕЛЬНАЯ НЕУСТОЙЧИВОСТЬ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ МОД ТРАЙВЕЛПИСА-ГОУЛДА В НЕОДНОРОДНОМ ЭЛЕКТРОННОМПУЧКЕ
Аннотация
В рамках идеальной гидродинамической модели исследована устойчивость осесимметричных электростатических колебаний в неоднородном пучке электронов, удерживаемых осевым магнитным полем. В линейном по амплитуде приближении получено уравнение малых колебаний электростатического потенциала пучка. Показано, что эффекты дифференциального вращения пучка в собственном неоднородном электрическом поле приводят к дестабилизации мод Трайвелписа–Гоулда. Для модельных профилей концентрации пучка аналитически и численно рассчитана пространственная структура собственных неустойчивых мод и проанализирован их спектр.
Физика плазмы. 2025;51(3):304-312
304-312
КОСМИЧЕСКАЯ ПЛАЗМА
ОБ ОДНОЙ ОСОБЕННОСТИ ПОНДЕРОМОТОРНОЙ СИЛЫ ИОННО-ЦИКЛОТРОННОЙ ВОЛНЫ В ОКОЛОЗЕМНОЙ ПЛАЗМЕ
Аннотация
Теория пондеромоторных сил в космической плазме является существенной составной частью солнечно-земной физики. Описана проблема, возникающая при использовании классической формулы пондеромоторной силы для анализа ускорения ионов в магнитосфере Земли под воздействием ионно-циклотронной волны, состоящая в том, что сила стремится к бесконечности с приближением частоты волны к локальной гирочастоте ионов. Показано, что сингулярность возникает в результате идеализаций, неизбежно принимаемых при построении стандартной теории пондеромоторных сил. Рассмотрено два предельных случая — случай широкой полосы непрозрачности для ионно-циклотронных волн, и случай узкой полосы непрозрачности. Предложено два способа регуляризации пондеромоторной силы в окрестности полюса показателя преломления ионно-циклотронной волны. Один из них устраняет сингулярность в полюсе на границе широкой, а другой — на границе узкой полосы непрозрачности. Указаны примеры волновых явлений в околоземной плазме, при исследовании которых необходимо учитывать сингулярность пондеромоторной силы, вычисленной в рамках стандартной теории.
Физика плазмы. 2025;51(3):313-319
313-319
ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА
МНОГОГРУППОВАЯМОДЕЛЬ ВТОРОГО ПОРЯДКА ДЛЯ РАСЧЕТА ТРАНСПОРТА ЭЛЕКТРОНОВ НИЗКИХ ЭНЕРГИЙ В СЛАБОИОНИЗОВАННЫХ ГАЗАХ
Аннотация
Исходя из кинетического уравнения Больцмана, выполнен вывод системы многогрупповых уравнений для нулевого, первого и второго момента функции распределения электронов. Система включает в себя уравнения баланса концентраций, плотности потока и плотности потока импульса электронов и предназначена для численного моделирования транспорта и кинетики электронов низких энергий в холодной слабоионизованной плазме. Проведено сравнение результатов численных расчетов транспорта электронов в неоне в однородном электрическом поле, выполненных по разработанной многогрупповой модели и методом Монте-Карло.
Физика плазмы. 2025;51(3):320-331
320-331
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ПЛАЗМА
СОВМЕСТНЫЕ ЛОКАЛЬНЫЕ ЗОНДОВЫЕ И ОПТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ В РАЗРЯДЕ С ПОЛЫМ КАТОДОМ
Аннотация
С помощью подвижной сборки зонда Ленгмюра и волоконно-оптического датчика проведены одновременные измерения функции распределения электронов по энергиям ФРЭЭ f (u), их концентрации Ne и эмиссионные спектры I (λ) плазмы с пространственным разрешением в разряде в инертных газах пониженного давления, поддерживаемом полым катодом. Динамический диапазон измерений f (u) составляет 5 порядков величины, при этом наблюдаемые диапазоны изменений Ne и I (λ) в пространстве составляют до 3 порядков величины. Обнаружено, что уже малые добавки ксенона к гелию приводят к существенным изменениям вида ФРЭЭ, в том числе в пространстве. В рамках корональной модели (КМ) по измеренным f (u) и Ne рассчитаны пространственные профили I (λ) ряда линий атома Хе в разряде в смеси He:Xe (99:1). Даже в приближении этой простой модели результаты расчета интенсивностей, в целом, удовлетворительно согласуются с измеренными. Обсуждается распространенный метод измерения температур электронов по относительным интенсивностям спектральных линий атомных переходов.
Физика плазмы. 2025;51(3):332-341
332-341
УГЛЕКИСЛОТНЫЙ РИФОРМИНГ МЕТАНА В ТЛЕЮЩЕМ РАЗРЯДЕ НА ЧАСТОТЕ 50 ГЦ ПРИ АТМОСФЕРНОМ ДАВЛЕНИИ
Аннотация
Проведено хроматографическое исследование продуктов тлеющего разряда атмосферного давления в смеси CO2 и CH4. Разряд зажигался с помощью источника на частоте 50 Гц при напряжении на разряде до 10 кВ. Основными газовыми продуктами на выходе разряда являются Н2 (∼55 %), СО (∼40 %). Показано, что свойства разряда определяются соотношением расходов CO2 и CH4 на входе реактора. При одинаковых расходах CO2 и CH4 на входе реактора в разряде, кроме газовых продуктов, образуются сажевые частицы. При увеличении содержания CO2 в смеси процесс сажеобразования подавляется и в разряде появляются пары воды. Проанализированы осциллограммы тока и напряжения на разряде, получены оценки энергии, необходимые для получения водорода и идущей на разложение CO2.
Физика плазмы. 2025;51(3):342-348
342-348