Заключение организации (Система допплеровской рефлектометрии для стелларатора в условиях высокой мощности ЭЦР нагрева)

МИНОВРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технологический университет» ЕРЖДАЮ Л. Панков 2017 г. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский технологический университет» (МИРЭА) по диссертационной работе Харчевского Антона Александровича на тему «Система допплеровской рефлектометрии для стелларатора в условиях высокой мощности ЭЦР нагрева», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.04,03 «Радиофизика» Диссертационная работа выполнена на базовой кафедре №343 «Моделирование радиофизических процессов» Института радиотехнических и телекоммуникационных систем Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский технологический университет» (МИРЭА) и Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте общей физики нм, А.М.

Прохорова Российской академии наук (ИОФ РАН). В 2013 году Харчевский А.А. с отличием окончил Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики» (МГТУ МИРЭА), получив квалификацию инженер по специальности «Радиофизика и электроника» и 31 августа 2013 года поступил в дневную очную аспирантуру МИРЗА по специальности 01.04.03 Радиофизика. Соискатель Харчевский А.А. подготовил диссертацию на соискание ученой степени кандидата наук при освоении программы подготовки научно- педагогических кадров в аспирантуре МИРЭА по направлению подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре 03.06.01 «Физика и астрономия» по специальности 01.04.03 «Радиофизика».

Справка о сдаче кандидатских экзаменов выдана в 2017 году федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего образования «Московский технологический университет». Научный руководитель — д.ф.-м.н., Скворцова Нина Николаевна, ведущий научный сотрудник отдела физики плазмы ИОФ РАН, профессор кафедры №343 моделирования ради офизических процессов Института радиотехнических и телекоммуникационных систем МИРЭА.

Работа обсуждалась на расширенном объединенном заседании кафедры №343 «Моделирование радиофизических процессов» ИРТС МИРЭА при ИОФ РАН присутствовали 11 человек 17 — человек сотрудники кафедры, 4 человека — сотрудники ИОФ РАН). Со ники ка е ы №343 «Мо ели рвание а ио изических п о ессов» ИРТС МИРЭА: Председатель, зав,кафедрой, д,ф.-м.н., проф. Н.Г. Гусейн-заде, д.ф.-м.н., проф. Н.Н. Скворцова, д.ф.-м.н., проф. А.М. Игнатов, д.ф,-м.н., д.ф.-м.н, М.Ю, Романовский, к.ф.-м.н., доц.

Д.В. Малахов, ст,преп. Н.Н. Богачев. Ученый секретарь кафедры, к.ф.-м.н., доц. И.Л. Богданкевич. Со ники ИОФ РАН: заместитель директора ИОФ РАН, д.ф.-м.н., профессор В.Г. Михалевич„д.ф.-м.н.„проф. А,А. Рухадзе, зав.лаб. «РАМУС», к.ф.-м.н. Н.К. Харчев, д.ф,-м.н., проф. Г.М. Батанов. В процессе обсуждения работы были заданы следующие вопросы: Батанов Г,М.: Какое разрешение по волновым числам у диагностики допплеровской рефлектометрии'? Харчевский А.А.: Спроектированный тракт допплеровского рефлектометра, обеспечивает разрешение по волновым числам у диагностики на уровне — 6 дБ для используемого диапазона частот 34 — 38 ГГц не более 1 см'. Н.Н. Богачев: Как происходит согласование амплитуд сигналов в каналах рефлектометра? Харчевский А.А.: Согласование амплитуд сигналов в двух каналах допплеро вского рефлектом стра достигается аппаратным способом с помощью настройки на лабораторном стенде элементов волноводного тракта с использованием осциллографа в развертке Х-У и программными средствами с помощью нормировки каждого сигнала при обработке данных.

Рухадзе А.А.: Волна какого типа используется для зондирования плазмы системой? Под какими углами зондирования возможно проводить измерения? Харчевский А.А.: Поляризация зондирующей волны соответствует О-моде излучения. Угол в тороидальной плоскости жестко закреплен и составляет 12' к радиусу в горизонтальной плоскости, а в полоидальной плоскости может изменяться от -15' до +20'.

Гусейн-заде Н.Г.: Какое количество слюдяных пластин использовалось в модели фильтра на основе резонатора Фабри-Перо? Харчевский А.А.: Моделирование проводилось с помощью программной платформы электромагнитного моделирования ЕМРго для пяти пар смежных слюдяных пластин с коэффициентом диэлектрической проницаемости в = 6 толщиной 0,1мм, в пяти парах использовалось 10 пластин.

Харчев Н.К.; Чем определялся выбранный диапазон зондируюших частот системы допплеровской рефлектометрии? Харчевский А.А.: Разработанная система позволяет проводить зондирование на одной частоте с возможностью перестройки в диапазоне 34 — 38 ГГц, Выбор диапазона зондирующих частот определялся несколькими факторами. В первую очередь — значением критической плотности плазмы, во вторую — аппаратными возможностями генератора. В ходе измерений на лабораторном стенде были экспериментально определены АЧХ генератора и приемного детектора. Я выбирал зондирующие частоты на взаимно линейных участках АЧХ генератора и детектора, позволяющие при необходимости исследовать шир скорости врашения плазменного шнура.

Богданкевич И.Л,: Сколько в конечном итоге понадобилось лабораторных стендов для создания и настройки всей системы? Харчевский А.А.: Для создания всей системы потребовалось собрать три лабораторных стенда. Первый — для калибровки антенной системы и волноводных трактов, второй — для замеров АЧХ генератора и детекторов настройки разности фаз в приемных волноводных каналах, и третий для измерения затухания в каждом из волноводно-штыревых фильтров и фильтре на основе резонатора Фабри-Перо.

1. Актуальность исследований Актуальность выполненных исследований определяется тем, что в диссертационной работе впервые создана диагностическая система допплеровской рефлектометрии для измерения параметров низкочастотной плазменной турбулентности и полоидальной скорости вращения плазменного шнура в стеллараторе Л-2М, которая позволяет производить измерения в условиях удельного энерговклада электронно-циклотронного СВЧ нагрева плазмы до 4 МВт/м'. В настоящее время электронно-циклотронный нагрев на базе гиротронных комплексов используется на многих тороидальных установках управляемого термоядерного синтеза (УТС): токамаках и стеллараторах. Для нагрева плазмы в строящемся токамаке-реакторе ИТЭР создается комплекс из 24 гиротронов мощностью до 20 МВт.

Основными методами, которыми измеряют базовые параметры высокотемпературной плазмы (плотность, температура, характеристики турбулентности и др.) в таких установках являются бесконтактные диагностики, основанные на радиофизических принципах: интерферометры и рефлектометры. Устойчивая работа микроволновых диагностик является необходимым условием проведение исследований на установках УТС. В стеллараторе Л-2М достигнут максимальный в мире энерговклад в плазму превышающий 3,4 МВт/м', что привело к отказу работы диагностической системы допплеровской рефлектометрии из-за зашумления приемных детекторов непоглошенным в плазме греющим гиротронным излучением. Данная работа посвящена разработке и созданию системы допплеровской рефлектометрии для стелларатора Л-2М, позволяющей проводить измерения флуктуаций плотности плазмы в условиях импульсного электронно-циклотронного резонансного нагрева на частоте 75 Г? ц мощностью до 1 МВт и анализировать полученные результаты, Все это обуславливает актуальность темы диссертации.

2. Научная новизна и практическая значимость работы В диссертации изложены научно обоснованные технические решения, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научнотехнического прогресса в области разработки новых технологических решений при создании диагностических систем допплеровской рефлекторметрии для тороидальных установок УТС и других радиофизических диагностических систем миллиметрового диапазона. Научная новизна работы заключается в следующем: ° Для микроволновой диагностики плазмы впервые разработана и создана специализированная система фильтров миллиметрового диапазона, состоящая из одного фильтра на основе резонатора Фабри-Перо и трех штыревых режекторных фильтров.

е Разработана и создана диагностика допплеровской рефлетометрии, которая позволяет производить измерения в условиях болыпих энерговкаладов до 4 МВт/м'при электронно-циклотронном нагреве плазмы в стеллараторе Л-2М. ° Внедренная на стеллараторе Л-2М система допплеровской рефлектометрии позволила провести измерения параметров плазменной турбулентности (развитие ЕТО и 1ТО неустойчивостей), определить скорость полоидального вращения плазменного шнура при электронно-циклотронном нагреве плазмы при энерговкаладе до 4 МВт/м '. Практическая значимость работы заключается в следующем: 1.

Разработанный и созданный фильтр, а также антенная система могут быть применены для СВЧ диагностик (рассеяния, интерферометрии, рефлектометрии) на тороидальных установках (токамаках и стеллараторах) с электронно-циклотронным нагревом в диапазоне частот 70 - 80 ГГц. 2. Использование разработанной системы допплеровской рефлектометрии для тороидальной установки позволяет проводить радиофизические измерения флуктуаций плотности плазмы в условиях мощности ЭЦР-нагрева до 1 МВт в импульсном режиме с длительностью импульса 10 - 12 мс и удельным энерговкладом до 4 МВт/м'. 3.

Разработанное программное обеспечение позволяет проводить загрузку данных от АЦП в автоматическом режиме, строить Фурье-спектры эволюции сигналов системы допплеровской рефлектометрии, определять допплеровский сдвиг. Разработан алгоритм модернизации антенной системы и системы фильтрации диагностики допплеровской рефлектометрии для проведения измерений в условиях больших удельных энерговкладов (до 4 МВт/мз) электронно-циклотронного резонансного нагрева плазмы на крупномасштабных тороидальных установках.