Диссертация (Система допплеровской рефлектометрии для стелларатора в условиях высокой мощности ЭЦР нагрева), страница 5

Затем была произведена смена газа на водород. В связи садсорбцией дейтерия в стенках камеры токамака в течение одногоэкспериментального дня разряд осуществлялся в смеси газов с нарастаниемпарциального содержания водорода (таблица 1.2). В течение этого дняисследовалась эволюция основных параметров ГАМ: скорости вращения и еешира, а также уровня турбулентности. Парциальное соотношениеопределялось путем измерения излучения на линиях D-бета (486 нм) иН-бета (486.1 нм) спектрометром высокого разрешения MSDD1000.Характерный вид графика спектрометра представлен на Рис. 1.12.2500S()200015001000#1511050345.6 msDH50002500S()200015001000#1511051845.6 msHD5000900 920 940 960 980 1000 1020 1040 1060 1080 1100, a.u.Рис.

1.12. Спектры излучения на линиях Dβ и Hβ. Указано временное положениеокна длительность 11.4 мс, в котором снимались спектрыПарциальное отношение определялось при приблизительно равной ширине иформе спектральных линий по отношению их амплитуд. Парциальныесоотношения для разрядов, которые отмечены в отчете, приведены втаблице 1.

Сравнение параметров ГАМ и турбулентности осуществлялось вразрядах со сходными временными зависимостями сигналов мониторныхдиагностик. На Рис. 1. видно совпадение сигналов в разрядах #15110508 и#15110517. Расхождение наблюдается только в сигналах магнитного зонда. Вразряде с дейтерием после L-H перехода наблюдалась МГД активность. Винтервале 40 – 60 мс МГД активность в обоих разрядах не наблюдалась.ГАМ регистрировалась, как всплеск квазикогерентных колебаний скоростивращения в диапазоне 30 - 40 кГц [21]. Предварительно восстанавливаласьвременная зависимость скорости вращения по временной зависимости29допплеровского сдвига.

На двумерной спектрограмме скорости вращенияГАМ проявлялась как цепочка пятен с повышенной мощностью спектра.Цепочки вспышек ГАМ, в начале разряда всегда имели среднюю частотувыше, чем в конце. Для примера спектрограммы приведены на Рис. 1.13 приразличных парциальных соотношениях дейтерия и водорода.Рис.1.13. Спектрограммы производной фазы сигналов для верхней зондирующей частоты22.8 ГГц. Импульсы №15110207 и №15110518.Изменение процентного соотношения рабочих газов вызвало смещениечастоты ГАМ. При переходе от дейтерия к водороду частота увеличиваласьот 35 до 42 кГц, что соответствовало теоретическому предсказаниюувеличения частоты ГАМ с уменьшением массы иона [22].

Следующееважное наблюдение относится к амплитуде колебаний скорости в ГАМ.Ранее проведенные эксперименты показывали, что амплитуда ГАМ вводородном разряде значительно меньше, чем в дейтериевом. Однако вэкспериментах,проведенныхврамкахпроекта,интенсивностьквазикогерентных колебаний скорости ГАМ была приблизительно одинаковапри различном соотношении между плотностями газов. Соотношениеинтенсивностей спектров колебаний скорости в полосе ГАМ для дейтерия и30водорода отражено на Рис.

1.14. Выяснение причин такого расхождениятребует дополнительных исследований.160000#15110508#15110517Power, a.u.1400001200001000008000060000400002000004042444648505254565860time, msРис.1.14. Спектральная мощность колебаний скорости вращения в полосе частот ГАМ.Было проведено сравнение временных зависимостей скоростейвращения и шира скорости вращения в разрядах с различным парциальнымсодержанием дейтерия и водорода. Эти зависимости отображены на рис.

1.15и рис. 1.16. Кривые для скоростей получены путем сглаживания в окнедлительностью 1 мс производной фазы комплексного сигнала, как оценкидопплеровского сдвига. Видно, что скорости вращения и шир скоростивращения испытывают значительные вариации во времени в период до L-Hперехода. Эти вариации шира скорости были больше в плазме дейтерия.Перед переходом всегда наблюдается инверсия шира скорости, и далеевозрастание шира скорости в Н-моде. В разрядах в дейтерии это возрастаниепрекращалось через 2 - 3 мс после L-H перехода, что, видимо, связано ссильным ростом МГД активности, когда, как известно, периферийныйтранспортный барьер разрушается. Исчезновение барьера косвеннымобразом подтверждается и мониторными сигналами для выстрела #15110508(красные кривые) на Рис.

1.10.Одним из наиболее важных наблюдений, сделанным в процессевыполнения исследования, является обнаружение возрастания амплитудыширокополосных турбулентных колебаний плотности плазмы при переходеот дейтерия к водороду в качестве рабочих газов. Интенсивность флуктуацийв полосе волновых чисел, определяемой разрешением метода, оцениваласькак квадрат модуля комплексного выходного сигнала квадратурного31детектора. Эти величины, сглаженные во временном окне 0.5 мс, показаны наРис.1.17.1000Velocity, shear, a.u.900800#15110503700600500400300200100Velocity 22.8 HGzVelocity 21.4 HGzShearL-H0-100-20040 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64Time, msРис.

1.15 Скорость вращения плазмы, как сглаженная во временном окнепроизводная фазы комплексного сигнала. Снизу – разность полоидальныхскоростей вращения плазмы.32Velosity, shear, a.u.1000900800#15110518700600500Velocity 21.1 HGzVelocuty 22.8 HGzShear400300200100L-H0-100-200444648505254565860626466Time, msРис. 1.16 Скорость вращения плазмы, как сглаженная во временном окнепроизводная фазы комплексного сигнала. Снизу – разность полоидальныхскоростей вращения плазмы.M20,020,01L-H21.1 HGzM20,000,04-#15110503-#151105190,0222.8 HGz0,0040 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64Time, msРис. 1.17.

Сглаженный во временном окне квадрат модуля комплексных сигналовквадратурных детекторов.На графиках видно явное отличие в уровнях сигналов. Обнаруженнаязависимость от изотопного состава представляет интерес в связи с тем, что вряде экспериментом отмечалось увеличение турбулентных коэффициентов33переноса в плазме водорода и увеличение порогов перехода в Н-моду,которые, возможно, обусловлены увеличением уровня турбулентности.ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕСТЕЛЛАРАТОР Л-2МЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙУСТАНОВКИ2.1.

Стелларатор Л-2М.УстановкаЛ-2М(рис.2.0)представляетсобойстелларатор, который был создан 1975 году (Л-2)двухзаходныйи несколько размодифицирован. Установка подробно описана в [23, 24]. Создание и нагревплазмы в Л-2М осуществляется на второй гармонике циклотронной частотыэлектронов(75,3 ГГц) с помощью гиротронного комплекса МИГ-3. Мощность греющегоизлучения может изменяться от 150 кВт до 1,5 МВт при длительностиимпульса 10-15 мс. Сформированный гауссовый пучок с линейнойполяризацией, соответствующий необыкновенной волне, с поперечником4 см вводится в вакуумную камеру с наружной стороны тора.Величина магнитного поля 1,34 Тл соответствует положениюциклотронного резонанса на оси вакуумной камеры R 0 = 100 см в момент 5455 мс от начала импульса магнитного поля.

Угол вращательногопреобразования для стелларатора Л-2М определяется магнитными полями,которые в этой установке создаются двумя парами проводников (рис.2.1).34Рис.2.1. Схема магнитной системы стелларатора Л-2М.Полное число периодов магнитного поля N = 14. Вакуумный уголвращательного преобразования в Л-2М изменяется по радиусу следующимобразом:t  0.175  0.26(r / a) 2  0.27(r / a) 4 ,где a – средний радиус магнитной поверхности, t = 1/q, q - факторустойчивости. Шир в Л-2М на краю плазмы равен (t / t ) r a  2.3иуменьшается при приближении к центру плазменного шнура. Для примера нарасстоянии 2,5 см от края (t / t ) r  0.8a  1.7 .

В краевой плазме на радиусеr/a = 0,9 электронная температура близка к Te  30  40 эВ.Таблица 2.1. Основные размеры и характеристики стелларатора Л-2М.УстановкаЛ-2МБольшой радиус R, см100Среднее значение малого радиуса , a см11,5Магнитное поле B, T1,3 – 1,435150 – 1500Вводимая СВЧ мощность, P0 кВтСредняя плотность n  1013 , см-31,0 – 2,5Температура электронов в центре плазменного шнура Te 0 , эВ 400 – 1000Относительная величина флуктуаций на краю плазмы  n nвнеш 0,20 – 0,2510 – 12Длительность стационарной фазы импульса, мс2.2. Использование диагностики допплеровской рефлектометрии дляисследования скорости вращения и флуктуаций плотности плазмы.2.2.1. Оценка диапазона рабочих частот генератора рефлектометра.Параметры генератора рефлектометра должны обеспечивать измерения наградиенте плотности плазмы (в краевой плазме) в стеллараторе Л-2М.Частота генератора, измеряемая в ГГц, связана следующимсоотношением с критической концентрацией плазмы для данной частоты(частоты отсечки), измеряемой в см-3:, гдее - me заряд и масса электрона,в,(2.1)- критическая концентрация плазмы- частота в Гц.Рассчитаем величины критических концетраций плотности плазмыдля диапазона частот генератора Ганна для 8 мм рефлектометра: 26…37.5ГГц.(2.2)(2.3)(2.4)36РадиальныйпрофильплотностиизмерялсяинтерферометромМайкельсона с помощью HCN лазера (337 мкм) по 7 хордам [25].

Былопоказано, что он описывается параболой 8-й степени. Поведем расчетположения областей критической концентрации для такого распределенияплотности плазмы. Расчет областей отражения для частот проводится покритической концентрации плазмы для профиля плотности плазмы.,где a = 11,5 – радиус внешней замкнутой магнитной поверхностистелларатора,– максимальная концентрация плазмы.На рис.2.2. представлены радиальные профили плотности плазмы длятрех частот генератора и критических плотностей, рассчитанных в (2.2),(2.3), (2.4). Расчет проведен для максимальной плотности в центреплазменного шнура.

Ошибка измерения плотностиплазмы HCN-интреферометром составляет 5% [25].Уровень ошибкипредставлен на рис.2.2 пунктиром. Из рис.2.2 видно, что при заданноймаксимальнойсм-3концентрациидопплеровскийрефлектометр не может работать при частоте 37.5 ГГц, потому что этачастота находится вне рабочей области измерения (недостаточна высокаконцентрация для рефлектометрического отражения сигнала генератора).Такимобразом,рефлектометрадиапазончастотработыгенераторадоплеровскогопри максимальной концентрациилежит от 26 ГГц до 35 ГГц. В ходе стендового эксперимента была измеренаАЧХ генератора используемого в системе допплеровской рефлектометрии изависимость амплитуды на детекторе от напряжения на генераторе спомощью ручного частотомера (рис.2.3).37Рис.2.2.