Диссертация (1091233), страница 3
Текст из файла (страница 3)
По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, из них4 статьи в журналах рекомендованных ВАК, 3 из которых в журналахиндексируемых в международной базе цитирования Scopus и 12 публикацийв научно-технических сборниках и трудах международных и российскихконференций.Апробация работы: Основные результаты работы докладывались наследующихмеждународныхироссийскихнаучно-техническихконференциях: Конференция «Современные средства диагностики плазмы и ихприменение» Москва НИЯУ МИФИ 5-7 ноября 2014г.; XLII Международная (Звенигородской) конференция по физикеплазмы и управляемому термоядерному синтезу в 2015г; II Международная научно-практическая конференция Актуальныепроблемыиперспективыразвитиярадиотехническихиинфокоммуникационных систем «РАДИОИНФОКОМ-2015», Москва,МГТУ МИРЭА, 14-18 апреля 2015 года; Конференция-школа ИОФ РАН «Актуальные проблемы физики итехнологий», Москва, 18-22 мая 2015 года,12 Международнаямолодёжнаяконференция«ФизикА.СПб»26-29 октября 2015 г.
Санкт-Петербург ФТИ им. А.Ф.Иоффе; XLIII Международная (Звенигородская) конференция по физикеплазмы и управляемому термоядерному синтезу 8-12 февраля2016 г.; VМеждународнаямолодёжнаянаучнаяшкола-конференция«Современные проблемы Физики и технологии» Москва НИЯУ МИФИ18-23 апреля 2016 г.; 22 Конференция-школа ИОФ РАН «Актуальные проблемы физики итехнологий», Москва, ИОФ РАН, 16-20 мая 2016 года; 43-я Международная европейская физическая конференция по физикеплазмы «43rd European Physical Society Conference on Plasma Physics inLeuven» в г.Левен, Бельгия 2016 г.; X конференция «Современные средства диагностики плазмы и ихприменение», Москва, НИЯУ «МИФИ», 14-16 ноября 2016г.; XVIIIМеждународнаянаучно-практическаяконференция«Современные тенденции развития науки и технологий», г.
Белгород,30 сентября 2016 г. XLIV Международная (Звенигородская) конференция по физикеплазмы и управляемому термоядерному синтезу, 13-17 февраля 2017 г.; 23 Конференция-школа ИОФ РАН «Актуальные проблемы физики итехнологий» 17 - 21 апреля 2017 г., Москва, Институт общей физикиим. А.М. Прохорова РАН.13ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВовведенииобосновываетсяактуальностьтемыдиссертации,сформулированы цели исследования, отмечена прикладная и научнаяценность полученных результатов, также кратко излагается содержаниеэкспериментов по магнитному удержанию плазмы.В первой главе представлен обзор методов и основные результатыэкспериментов СВЧ диагностики плазмы (допплеровской рефлектометрии)на различных тороидальных установках магнитного удержания плазмы(ИТЭР, Т-10, TJ-II, ASDEX, TEXTOR, ФТ-2, ТУМАН-3М).
Проведён анализразличных типов рефлектометров, сформулированы основные задачиисследования.Вторая глава посвящена описанию установки стелларатор Л-2М,гиротронного комплекса МИГ-3, описанию методов и диагностик дляисследования плазмы, в том числе турбулентности плазмы.ЭкспериментальнаяустановкастеллараторЛ-2М–являетсядвухзаходным стелларатором с двумя основными методами накачки энергиив плазму – омическим нагревом и ЭЦР-нагревом. Установка расположена вИнституте общей физики им А.М. Прохорова РАН г. Москва.Комплекс для нагрева плазмы МИГ-3 внедрен в 2013г. Состоит из двухгиротронов, мощностью 700 кВт и 800 кВт работающих на частоте 75 ГГц.К настоящему времени мощность вводимого ЭЦР излучения в стеллараторможет достигать 1 МВт, а удельная мощность 4 МВт/м 3.В главе описываются прикладные особенности, с которыми сопряженадопплеровскаярефлектометриявусловияхбольшихэнерговкладов(до 4 МВт/м3) греющего плазму ЭЦР излучения частотой 75 ГГц настеллараторе Л-2М, связанные со сложностью магнитных его магнитныхповерхностей, и не полным поглощением греющего излучения.Третья глава описывает аппаратную часть работы.
В ней представленапринципиальная схема системы допплеровской рефлектометрии и описаниеразработанных систем. Первая часть третьей главы посвящена разработке14нового алгоритма для создания системы допплеровской рефлектометрии длястабильной работы в условиях удельных энерговкладов электромагнитногоизлучения в объём камеры до 4 МВт/м 3. В частности, обосновываетсянеобходимость создания нескольких модификаций лабораторных стендов,которые необходимы для отладки как отдельных узлов ДР, так и длянастройки всей системы перед установкой на стелларатор.В разделе 3.1 этой главы приведён расчёт и схема волноводного трактасистемы допплеровской рефлектометрии и его элементов, в разделе 3.2представлено описаниеантенной системы и системы фильтров, а такжесобранного для создания линзовой системы лабораторного стенда.Дляопределенияразрешающейспособностидоплеровскогорефлектометра был применён метод расчета весовой функции.
Дляколичественных оценок разрешающей способности проводился расчет полязондирующего излучения, вводимого в камеру стелларатора. Расчетвыполнялся для H-плоскости СВЧ пучка методами гауссовой квазиоптики.ИзлучениемногомодовогорупорадиагностикиприближениямоделировалосьГаусса-Лагерра.Длясучетапомощьюдифракцииизлучения на патрубке камеры использовалось разложение на системуплоских волн с последующим дополнением такой группой отраженных отстенок патрубка волн, при которой выполняются условия Дирихле дляэлектрического поля на стенках.
Математически, выполнение этой операциисводилось к манипуляциям с разложением Фурье электрического поляволны, падающей на торец патрубка.Четвёртая глава посвящена исследованию турбулентности плазмы ианализу данных созданной диагностики допплеровской рефлектометрии настеллараторе Л-2М. Впервые показано существование ионно-температурнойи электронно-температурной градиентной неустойчивостей в краевой плазместелларатора Л-2М при её дистанционном зондировании радиоволнами вусловиях высокой мощности ЭЦР нагрева.15ГЛАВА 1. ДИАГНОСТИКА ДОППЛЕРОВСКОЙ РЕФЛЕКТОМЕТРИИВ ТОРОИДАЛЬНЫХ УСТАНОВКАХ МАГНИТНОГО УДЕРЖАНИЯПЛАЗМЫ1.1. Обзор существующих бесконтактных микроволновых диагностикплазмы.Для измерения НЧ флуктуаций плотности плазмы во внутреннейобласти плазменного шнура на стеллараторе Л-2М используются три СВЧдиагностики (рис.1.1): допплеровская рефлектометрия [10], малоугловоерассеяние излучения гиротрона [12], диагностика коллективного рассеянияна второй гармонике гиротрона [13].
На рис.1.2 показан профиль плотностиплазмы и области измерения этих диагностик в полоидальном сечении.Рис.1.1. Схема структуры магнитных полей стелларатора Л-2М и взаимногорасположения диагностик16Рис.1.2. Профиль плотности плазмы в стеллараторе Л-2М.Нафлуктуацийрисункетремя1.2схематичноизображеныдиагностиками:фиолетовыйобластиизмеренияпрямоугольник–диагностики малоуглового рассеяния излучения гиротрона, желтые овалы –диагностикарассеяниянавторойгармоникегиратрона,серымпрямоугольником показана область измерения системы допплеровскойрефлектомтерии, отсечками показаны расположения отсечек для трех частотрефлектометра.На рис.1.3 показаны изменения в течение разряда некоторыхосновных сигналов макропараметров плазмы (средней плотности, мощностигиротрона, температуры электронов в центре шнура, запасенная энергияРезультатом работы каждой диагностики являются временные выборкифлуктуаций плотности плазмы.
В таблице 1.1 для каждой из диагностикприведеныданныепообластямизмерения,поперечнымволновымкомпонентам измеряемых флуктуаций и получаемым после обработкивременных выборок характеристикам.17Таблица 1.1ДиагностикаСистемадопплеровскойрефлектомтерииМалоугловоерассеяниеизлучения гиротронаКоллективноерассеяния на второйгармонике гиротронаk ┴,см-1r/aПолучаемые характеристики1.
Комплексные Фурье-спектрыи их проекции1–20,8–0,92. Трехмерные спектры3. Доплеровские скорости1. Трехмерные Фурье-спектры иих проекции1–20 – 0,82. Интенсивности шумов3. Автокорреляционныефункции1. Фурье-спектры0,3 – 0,42. Интенсивности шумов24 – 44 0,5 – 0,63. АвтокорреляционныефункцииРис.1.3 Характерные временные выборки сигналов в течение разряда плазмыв Л-2М (сверху вниз): средняя плотность плазмы, мощность гиротрона,температура электронов в центре шнура, запасенная энергия плазмы.181.2.
Допплеровская рефлектометрия. ПринципыРефлектометрическая диагностика плазмы основана на эффектеполного отражения СВЧ сигнала от плазмы определенной плотности (такназываемый эффект отсечки).Для того, чтобы определить области плазменного столба, доступныедлярефлектометрическихисследований,достаточнорассчитатьводномерном представлении частоты отсечек ωp(r); ωR(r); ωL(r), где частотыотсечек для необыкновенной моды определяются формулами [5]:(1.1),(1.2)где ωBe= eB/mе – электронная циклотронная частота,ωpе=(nee2/ε0me)1/2 – электронная плазменная частота.Электромагнитная волна с частотой выше электронной ленгмюровскойчастоты полностью отражается от слоя плазмы с соответствующейплотностью.
На этом основана диагностика рефлектометрии. Допплеровскаярефлектометрияиспользуетэффектполногоотраженияотслоясфлуктуациями и доплеровского сдвига при движении этого слоя (рис. 1.4).Эффект Допплера - изменение частоты и длины волн, регистрируемыхприёмником,вызванноедвижениемих источникаи/или движениемприёмника.
Для волн, распространяющихся в какой-либо среде (например,звука) нужно принимать во внимание движение, как источника, так иприёмника волн относительно этой среды. Для электромагнитных волн19(например, света), для распространения которых не нужна никакая среда,имеет значение только относительное движение источника и приёмника.Рис. 1.4. Отражение волны рефлектометра от слоя плазмы.Если источник волн движется относительно среды, то расстояниемежду гребнями волн (длина волны) зависит от скорости и направлениядвижения.
Если источник движется по направлению к приёмнику, то естьдогоняет испускаемые им волны, то длина волны уменьшается. Еслиудаляется - длина волны увеличивается.(1.3)где ω0 - частота, с которой источник испускает волны, c - скоростьраспространения волн в среде, v - скорость источника волн относительносреды (положительная, если источник приближается к приёмнику иотрицательная, если удаляется).Доплеровская флуктуационная рефлектометрия широко используется внастоящеевремядляизучениястеллараторах и токамаках [14].полоидальномсеченииполоидальноговращенияплазмыПри исследованиях этим методом встеллоратораснаклономпоотношениюк20радиальному направлению вводится зондирующая волна, для которой вплазме имеется поверхность отсечки. Регистрируется сигнал рассеяния,имеющий частоту отличную от зондирующей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
