Автореферат (1091232), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Принимаемые сигналы оптимизированного допплеровскогорефлектометра в первом канале - без фильтра (А) импульс №19696,и с фильтром (В) импульс №20196.Создана и описана база данных нескольких экспериментальныхкампаний, позволяющая делать выборку по определѐнным параметрам(мощности нагрева, длительности импульса, средней плотности плазмы, углунаклона антенны, частоты генератора и т.д.). Пример эволюциидействительной части комплексных Фурье-спектров принимаемого сигналадопплеровского рефлектометра представлен на рис.10.Рисунок 10. Пример эволюции Фурье-спектров принимаемого сигналадопплеровского рефлектометра. Временное окно 0,5 мс.
Импульс № 20196.15Для детального анализа полного комплексного спектра былиразработаны дополнительные методы визуализации, включающие в себяпостроение 3D спектров сигналов (пример на рис.11).Рис.11 Пример 3D спектра сигнала системы допплеровской рефлектометрии дляразряда № 20605 с временным окном 0,5мс.Такой подход позволил обнаружить быстрые изменения в полуширинекомплексного спектра и выделить направления сдвига отдельных частотныхполос.Можновидеть,чтоспектрдопплеровскогосмещенияширокополосный, это свидетельствует о наличии групп возмущений плазмыраспространяющихся в полоидальном направлении с различной скоростью.Для их анализа требуется математический аппарат разделения частотногоспектра на составляющие. Такой аппарат описан в разделе 4.2 данной главы.В разделе 4.2.2 впервые определены механизмы ответственные заспектральный состав комплексного спектра излучения допплеровскогорефлектометра.
Известно, что неустойчивость в плазме может быть связана срезонансным знаменателем в возмущении функции распределения Dj k||v|| 0 ,(2)где – комплексная частота, Dj – средняя по траектории частота магнитногодрейфа частицы сорта j (j = i, e), связанного с неоднородностью магнитногополя, k|| – продольная (по отношению к магнитному полю) компонентаволнового вектора, v|| – продольная компонента скорости частицы.Для пролетных частиц Dj 0. Поэтому при отсутствии запертыхчастиц для неустойчивости необходимо k|| 0.
В торе для большинствазапертых ионов Di> 0, для большинства запертых электронов De< 0. Из-заразличия в скоростях более существенным является эффект запертых16электронов. Согласно (2), запертые электроны могут вызыватьнеустойчивость при k|| 0. Как показали более ранние расчеты, инкремент таких мод резко снижается при аспектных отношениях тора R/a> 5(R – большой радиус тора, a – радиус плазменного шнура). Так как среднееаспектное отношение стелларатора Л-2М R/a ~ 5, то эффектом запертыхчастиц можно в первом приближении пренебречь.
Отметим, что встеллараторах частицы могут быть заперты в локальных вариацияхмагнитного поля.В данной работе, анализ ограничивался двумя наиболеесущественными модами из класса градиентных дрейфовых неустойчивостей–ионной температурно-градиентной (ITG) и электронной температурноградиентной(ETG). Учитывая, что в Л-2М отношение давления плазмы кмагнитному давлению << 0.1, использовалось электростатическоеприближение. В этом случае дисперсионное уравнение, объединяющее ITGи ETG-моды, имело вид: 3 1 1 *e 1 e e Z ( e )0 (be ) 2 *ee e [e e2 Z (e )]0 (be ) *e e e Z (e )0 (be ) T 3 *ee e Z (e )be [1 (be ) 0 (be )] e 1 1 *i 1 i i Z ( i )0 (bi ) Ti 2 *ii i [i i2 Z (i )]0 (bi ) *i i i Z (i )0 (bi ) *ii i Z (i )bi 1 (bi ) 0 (bi ) .
(3)Здесь i k k B Tik T, e k B e , kB – постоянная Больцмана, Ti и Te –qi BLneBL nтемпературы ионов и электронов, qi – заряд ионов, e – заряд электрона, B –магнитная индукция, Ln – пространственный масштаб градиента плотности,i и e – относительные градиенты ионной и электронной температур,n (b) I n (b) exp( b) , In(b) – модифицированные функции Бесселя, bi k 2 Ti2 ,be i 2k 2 Tek||1, Z ( ) 2e u du– плазменная дисперсионная функция аргументаuили e , mi и me – массы иона и электрона.2k BTi / mik|| 2k BTe / meВ результате анализа была описана математически обоснованнаямодель декомпозиции спектров (Рис.12 справа) по частоте источниковвозмущений.17Рисунок 12. Примеры типичного Фурье-спектра для различных импульсов.
Слева –экспериментально полученный спектр и его усреднение, справа – математическаямодель декомпозиции сглаженного спектра.В заключении подводятся основные итоги работы.В приложении приведены акты о внедрении результатов работы.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫВ результате работы разработана и создана радиофизическая системадопплеровской рефлектометрии для стелларатора Л-2М. Проведѐнныеэксперименты показали возможность использования разработанной системыдопплеровской рефлектометрии для определения следующих характерныхпараметров: характерных неустойчивостей, полоидальных скоростейвращения плазмы, электрических полей. Обнаружено, что во всехпроанализированных спектрах сигналов допплеровского рефлектометраможно выделить компоненты, связанные с полоидальным вращениемплазмы, определяемым радиальным электрическим полем, и модыструктурной турбулентности двух типов, определяемых ионнойтемпературно-градиентной дрейфовой неустойчивостью и электроннойтемпературно-градиентной дрейфовой неустойчивостью.Разработанный подход к описанию вероятностных и спектральныххарактеристик низкочастотных флуктуаций плазмы дает возможностькорректнойпостановкизадачиомоделированииструктурнойтурбулентности плазмы на основе стохастических дифференциальныхуравнений.
Эти уравнения позволяют описывать случайные процессы сплотностью вероятности, задаваемой в виде конечной смеси распределений.Предложенный комплексный подход позволяет проводить корректноесравнение моделей плазменных процессов с характеристиками полученныхслучайных процессов.Первые эксперименты с использованием оптимизированной системыдопплеровской рефлектометрии на стеллараторе Л-2М показали, чтоблагодаря созданию системы фильтров, обеспечивается подавлениезашумляющего диагностический сигнал излучения гиротронов в приѐмных18каналах допплеровского рефлектометра на частоте 75 ГГц на уровень неменее 80 дБ.Список публикаций в рецензируемых научных изданиях из перечня,рекомендованного ВАК1.2.3.4.1.2.3.4.Харчевский А.А., Богачѐв Н.Н., Малахов Д.В.
Оптимизация системыдопплеровской рефлектометрии для работы в условиях высокихэнерговкладов на стеллараторе Л-2М // Инженерная физика. – 2016. – № 6.– С. 59-65.Skvortsova N.N., Chirkov A.Yu., Kharchevsky A.A., Malakhov D.V.,Gorshenin A.K., Korolev V.Yu. Doppler reflectometry studies of plasma gradientinstabilities in L-2M stellarator //Journal of Physics: Conference Series. – IOPPublishing, – 2016. – Т.
666. – №. 1. – С. 012007.Malakhov D.V., Skvortsova N.N., Konchekov E.M., Kharchevsky A.A.,Gorshenin A.K., Korolev V.Y., Chirkov A.Y. On a spectral analysis and modelingof non-gaussian processes in the structural plasma turbulence // Journal ofMathematical Sciences. – October 2016. – Vol. 218. – Issue 2.– pp. 208–215.Батанов Г.М., Борзосеков В.Д., Харчевский А.А., Скворцова Н.Н. и др.Реакция микротурбулентности на краю и в центре плазменного шнура наимпульсную инжекцию примесей при распылении покрытия стенки камерыстелларатора Л-2М // Физика плазмы. – 2017. – Т. 43. – №.
8. – С. 666–672.Список прочих публикаций в научных изданияхСкворцова Н.Н. Малахов Д.В., Воронов Г.С., Смурова Н.М.,Харчевский А.А., Тедтоев Б.А. Влияние микротечи воды на радиальноеэлектрическое поле в краевой плазме стелларатора Л-2М // Инженернаяфизика. – 2013.– № 9.
– С. 61-66.Харчевский А.А., Малахов Д.В., Скворцова Н.Н., Эволюция спектровсигналов оптимизированного доплеровского рефлектометра на стелларатореЛ-2М // Сборник научных трудов II Международной научно-практическойконференцииАктуальныепроблемыиперспективыразвитиярадиотехнических и инфокоммуникационных систем «РАДИОИНФОКОМ2015» – Москва.– МГТУ МИРЭА. 14-18 апреля 2015 года – С.168-172.Batanov G.M., Berezhetskii M.S., Borzosekov V.D., Grebenshchikov S.E.,Grishina I.A., Kharchev N.K., Kharchevskii A.A.etal., Role of plasma-wallinteraction in the transient processes in the currentless plasma of the L-2Mstellarator after switching-on of auxiliary ECR heating // 43-я Международнаяевропейская физическая конференция по физике плазмы «43rd EuropeanPhysical Society Conference on Plasma Physics in Leuven» в г.
Левен, Бельгия.– 2016. – P5.035 (электронная публикация).Маслов С.А., Харчевский А.А., Смирнов В.А., Вейвлет – анализтурбулентности в атмосферных вихрях и плазме // Периодический научныйсборник по материалам XVIII Международной научно-практической19конференции «Современные тенденции развития науки и технологий» в г.Белгород, – 30 сентября 2016г., – №9-2, – С.40-44.5. Kharchev N.K., Batanov G.M., KharchevskiiA.A. et al.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
