Диссертация (1091233), страница 13

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 13)

Нарис. 4.2 представлена эволюция нескольких спектров в стационарной фазеразряда. На фоне зашумленного комплексного спектра в каждом временномокне темной линией показаны усредненные (устойчивые) спектры. Встационарной фазе разряда с 54 мс по 62 мс при постоянной среднейплотности плазмы 1.8-1.9∙1013 см-3. Стационарному состоянию разрядасоответствуют сдвинутые в красную область широкополосные зашумленныеспектры. Полуширина и интенсивность спектров, измеренная поусредненнымзначениям,вовременныхРис. 4.2.

Эволюция Фурье-спектра (серым) и устойчивого Фурье-спектра (черная линия)флуктуаций плотности плазмы в течение разряда в стеллараторе Л-2М. Временное окнооценки спектра 1 мс. Мощность ЭЦР-нагрева 400кВт. Разряд # 19046 (43491).113окнах по 1 мс слабо меняются (вариация частотной полосы – 20%,спектральной интенсивности – 30%). Таким образом, оптимизированныйдопплеровский рефлектометрпозволил получить повторяющийсякомплексный Фурье-спектр в стационарной части разряда плазмы в режимеЭЦР нагрева плазмы стелларатора Л-2М. Последние два спектра на рис.4.2(13 мс и 15 мс) соответствуют эволюции флуктуаций в конце разрядагиротрона со скоростями вращения плазменного шнура порядка 150 м/с(сдвиг оценен по локальному максимуму спектра). Отметим, что в режиме свысокой мощностью нагрева при формировании «провала» плотности вцентре плазменного шнура допплеровский сдвиг спектра уменьшается, посравнению с режимами с меньшей мощностью и параболическим профилемплотности плазмы [65].В ходе исследований было установлено, что уменьшение погрешности припостроении спектров оптимизированной диагностикой допплеровскойрефлектометрии не привело к улучшению оценки полоидальной скоростивращения,посравнениюсизмерениемнеоптимизированнымрефлектометром.

На рис. 4.2 для Фурье-спектров в каждом временном окнеприведено значение локального максимума и соответствующегодопплеровского сдвига частоты. В предположении, что полоидальнаяскорость вращения флуктуаций превышает фазовую, этот сдвиг частотысвязывается со скоростью полоидального вращения плазмы. Считая, чторадиальное электрическое поле, которое определяет полоидальную скоростьвращения плазмы, в стационарной части постоянно, для заданных точностейизмерения спектров можно ожидать сохранения и доплеровского сдвигачастоты.

Однако, доплеровский сдвиг в спектре на 12 мс – 0,117 МГц, а вспектре на 15 мс – 0,022 МГц. Определенный по максимуму спектровдопплеровский сдвиг изменяется почти на порядок в стационарной частиразряда,Это может указывать на то, что доплеровский сдвиг частотыопределяется не только полоидальной скоростью вращения, но и её смесью сфазовыми скоростями турбулентных флуктуаций (при условии, что скоростиодного порядка величины). В этом случае, для определения полоидальнойскорости, необходимо выделитьв комплексном спектре сигналадопплеровского рефлектометра гармоники, связанные с вращением плазмы,на фоне гармоник, определяемых фазовыми скоростями турбулентности.4.1.3.

Анализ результатов измеренияНа рис. 4.3 показано разложение Фурье-спектров флуктуаций, измеренныхДР на составляющие по методике, представленной в [78,80]. Приведено114разложение двух спектров в стационарной части разряда во временных окнах52-54 мс и 58-60 мс. Изначально было задано число процессов равное шести.В рассмотренном спектральном диапазоне можно выделить три процесса,превышающих по уровню уровень экспериментального шума, имеющиххарактерные доплеровские сдвиги частот. Отчетливо видны три гармоники.Рис.4.3.

Разложение Фурье-спектров флуктуаций, измеренных ДР.Мощность ЭЦР-нагрева 400кВт.Допплеровский сдвиг основной (центральной) гармоники связан срадиальным электрическим полем,т.е. определяется скоростьюполоидального вращения плазмы, его величина порядка 50 кГц и ееизменение в стационарной части разряда составляет около 30%.В спектренаблюдаются две дополнительные моды, которыесоответствуют колебаниям, распространяющимся в противоположныхнаправлениях: фазовая скорость первого колебания направлена в сторонуэлектронного диамагнитного дрейфа, фазовая скорость второго колебаниянаправлена в сторону ионного диамагнитного дрейфа.На рис.

4.4 приведены относительный масштаб градиента плотности a/Ln иотносительный градиент температуры электронов e, соответствующиережимам на рис. 1.115Рис. 4.4. Относительный градиент плотности ( ) и отношение градиентовэлектронной температуры и плотности (b) для режимов 1–5 (см. рис. 1)Для расчета ETG-моды градиент температуры ионов принимался равнымнулю. Результаты расчетов представлены на рис. 4.5Рис.

4.5. Действительная частота (1, 3, 5) и инкремент (2, 4, 6) ETGнеустойчивости в зависимости от поперечного волнового числа при r/a = 0.95( ) и r/a = 0.6 (b), i = 0, k||a = 0.05: 1, 2 – профиль с провалом; 3, 4 – парабола6-ой степени. Масштабы: 0 = kBTi/(eBaTi) = 8.5105 rad/s(f0 = 135 kHz), Ti = 0.7 mm.116Более высокие значения инкрементов соответствуют периферийнымобластям плазменного шнура.

Для расчета ITG-моды предполагалосьналичие градиента ионной температуры на периферии плазмы.Относительный градиент был принят i = 3. Результаты представлены нарис. 4.6, где масштабы частоты и волнового числа те же, что и на рис. 4.5.Как можно видеть по рис. 4.5 и 4.6, в рассмотренных условиях характерныеинкременты ионной и электронной мод близки по порядку величины. Такимобразом, в условиях стелларатора Л-2М возможно наблюдение одновременноITG- и ETG-моды.Рис. 4.6. Действительная частота и инкремент ITG-неустойчивости приr/a = 0.95, i = 3, e = 0; 1, 2 – профиль с провалом; 3, 4 – парабола 6-ойстепени.Оценим характерные частоты мод для детектируемого волновогочисла (k  2 см–1) в системе отсчета, вращающейся в полоидальномнаправлении вместе с плазмой. Для ETG-моды сдвиг частоты относительночастоты полоидального вращения порядка 1 МГц, для ITG-моды – порядка100 кГц.

Оцененные значения находятся в качественном согласии с даннымирис. 4.2.Оценим характерное время удержания . Воспользуемся соотношениембаланса частиц:n n  a 2 2R D a 2a 2R ,Ln(4.3)117где <n> – среднее значение плотности, na – характерное значение впериферийной области.

Из (3) следует   aLn / D . Коэффициент диффузииоценимкакD  k 2   Ti2  .Следовательно,  aLn /(Ti2 ) .Длярассматриваемых условий Ln  0.1a,   0 оценка дает величину   2 мс, чтосогласуется с данными экспериментов [80].ЗАКЛЮЧЕНИЕВ результате работы разработана и создана радиофизическая системадопплеровской рефлектометрии для стелларатора в условиях высокоймощности ЭЦР нагрева. Проведённые эксперименты показали возможностьиспользования разработанной системы допплеровской рефлектометрии дляопределенияследующиххарактерныхпараметров:характерныхнеустойчивостей, полоидальных скоростей вращения плазмы, электрическихполей.Обнаружено, что во всех проанализированных спектрах сигналовдопплеровского рефлектометра можно выделить компоненты, связанные сполоидальнымвращениемплазмы,определяемымрадиальнымэлектрическим полем, и моды структурной турбулентности двух типов,определяемыхионнойтемпературно-градиентнойдрейфовойнеустойчивостью и электронной температурно-градиентной дрейфовойнеустойчивостью.Первые эксперименты с использованием оптимизированной системыдопплеровской рефлектометрии на стеллараторе Л-2М показали, чтоблагодаря созданию системы фильтров, обеспечивается подавлениезашумляющего диагностический сигнал излучения гиротронов в приёмныхканалах допплеровского рефлектометра на частоте 75 ГГц на уровень неменее 80 дБ.Представлен алгоритм модернизации антенной системы и системыфильтрации радиофизических диагностикплазмы (допплеровскойрефлектометрии, интерферометрии, корреляционной рефлектометрии идругих) для проведения измерений в условиях больших удельныхэнерговкладов при дополнительном электронно-циклотронном нагревеплазмы на крупномасштабных тороидальных установках.Анализ спектров флуктуаций и моделирование неустойчивостейпроводились для различных режимов удержания плазмы в стелларатореЛ-2М с различными уровнями мощности электронно-циклотронного нагревапоказывает развитие ETG и ITG неустойчивостей в краевой области плазмыстелларатора для режимов с высокой мощностью нагрева и формированием118«провала» плотности в центре плазменного шнура (эффект “densitypump-out”).Во всех проанализированных спектрах можно выделитькомпоненты, связанные с полоидальным вращением плазмы, определяемымрадиальным электрическим полем, и моды структурной турбулентности двухтипов (определяемых ITG- и ETG-неустойчивостями).

В ходе исследованийбыло установлено, что для оценки полоидальной скорости вращения плазмыоптимизированнойдиагностикойдопплеровскойрефлектометриинеобходимо выделять в комплексном спектре сигнала гармонику, связаннуюс вращением плазмы, на фоне гармоник, определяемых фазовымискоростями турбулентности. В этом случае локальные измерения спектровдиагностикой допплеровской рефлектометрии позволяют не только измерятьполоидальную скорость вращения плазмы в условиях высокой мощностиЭЦР нагрева, но и описывать развитие низкочастотных плазменныхнеустойчивостей.119СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ1.

Характеристики

Список файлов диссертации