Диссертация (1091233), страница 6

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

Текст из файла (страница 6)

Радиальные профили плотности плазмы для трех частот генератора икритических плотностей, рассчитанных в 2.2, 2.3. 2.4. Для.Рисунок 2.3. АЧХ генератора на основе диода Ганна и зависимость амплитуды надетекторе от напряжения на генераторе.В экспериментах при выборе частоты зондирования учитываетсянесколько факторов: выбирались частоты, на которых АЧХ генераторамаксимальнолинейна,концентрацияплазмысоответствуетотсечке,амплитуда на детекторе максимальна при стендовых измерениях.38Из физических условий на краю плазмы в стеллараторе Л-2М областьзондирования не должна превышать 1см (~1/10 часть среднего радиуса) врадиальном направлении, таким образом0,5.Для данных рабочих частот генератора и известного распределенияплотности плазмы были рассчитаны зоны зондирования, которые приведеныв таблице 2.2.

Мощность зондирующего генератора должна быть не менее30 мВт, неравномерность частотной характеристики не более 5 дБ [10].Таблица 2.2. Расчет области зондирования для генератора излучения ДР.Критическаяконцентрацияплазмы, см-3Центр областизондирования, см,,Областьзондирования,смсмсмrmin, смr0, см7.97.468.30.440.40.849.299.320.20.120.3210.59 10.640.030.020.0510.622.2.2.

Расчет полоидальных скоростей вращенияСистемадопплеровскойрефлектометрииобладаетследующимипараметрами измерения скорости вращения плазменного шнура:1. Диапазон скоростей полоидального вращения плазмы: 1-5 км/с;2. Погрешность измерения скорости из-за неопределённости волновогочисла: +/- 10%.Полоидальная скорость вращения плазмы вычисляется по следующейформуле [26]:,(2.6)39где ∆F – доплеровский сдвиг спектра,- полоидальная составляющаяволнового вектора, на котором происходит отражение волны.Ранее было показано, что при отражении от сложной тороидальнойповерхности плазмы в ближней зоне полоидальная составляющая волновоговектора связана с волновым числом зондирующего излучения следующимобразом [27]:,где волновое число зондирующей волныволны, с – скорость света в м/с,- частота в Гц,(2.7),,- длина– угол падения волны.Возможные углы падения зондирующего излучения составляют от -150до +200 относительно горизонтали полоидального сечения, что определяетсяразмерами патрубка стелларатора Л-2М.

Наибольший интерес с точки зренияопределения частотного сдвига имеют положения антенны с углами падениядиагностического излучения: 40, 80, 120, 160, 190. Диапазон возможных частотдля работы 8 мм диагностики допплеровской рефлектометрии в условияхустановки Л-2М составляет 26 - 37,5 ГГц.

Используемый в экспериментедиапазон рабочих частот генератора представлен на рис. 2.3.В ходе разработки системы предполагалось, что допплеровский сдвигбудет находиться в диапазоне от 0,1 МГц до 1 МГц. На основании данныхпо доплеровскому сдвигу и расчета полоидальных составляющих волновоговектора для каждого из углов произведен расчет полоидальных скоростейвращения для двух граничных частот генератора 26 ГГц (Таблица 2.3) и37,5 ГГц (Таблица 2.4).Погрешность для расчетов полоидальной скоростипринимается равной 10% и представлена в таблицах.40Таблица 2.3: Расчет полоидальных скоростей для F от 0,1 МГц до 1 МГцпри частоте генераторас погрешностью 10%., см/с, см-1θ, град.48121619∆F=0,1 МГц∆F=1 МГц1,232,463,524,755,63Таблица 2.4: Расчет полоидальных скоростей для F от 0,1 МГц до 1 МГцпри частоте генератора37,5 ГГц с погрешностью 10%., см/с, см-1θ,град.48121619∆F=0,1 МГц∆F=1 МГц1,763,525,026,788Необходимо учитывать, что возможны дополнительные погрешности,связанные с ошибками в определении полоидальной составляющей.Рассчитываем ошибки полоидальной составляющей волнового векторанакотором происходит отражение волны по следующей формуле [28,29]:,Рассчитываем частный дифференциалпо(2.8)из формулы (2.6)., где(2.9)Подставляем (2.9) в (2.8), получаем⟹(2.10)41Ошибкаизмеренияскоростииошибкаопределенияполоидальноговолнового вектора равны и составляют 10%.⟹В таблице 2.5 представлен расчет полоидального волнового векторадля каждого угла ввода и граничных частот генератора 26…37,5 ГГц.

Впоследнем столбце таблицы показана ошибка полоидальной составляющейволнового вектора, на котором происходит отражение волны.Таблица 2.5. Расчет величины полоидальных составляющих волновоговектора (и ошибок), на которых происходит рассеяния сигналаУглы, град,ГГцПолоидальныесоставляющиеволновоговектора,1/смОшибки,%2637,52637,52637,52637,52637,52.3. Описание гиротронного комплекса ЭЦР нагрева плазмы МИГ-3.На целом ряде тороидальных установках применяется ЭЦР нагревтоковой плазмы (токамаки) или нагрев и создание бестоковой плазмы(стеллараторы) при помощи современных СВЧ генераторов большоймощности – гиротронов.

Часто, в экспериментах задействованы несколько42гиротронов – четыре в токамаке Т-10, по два в стеллараторах Л-2М [11] иTJ-II, в будущем термоядерном реакторе ITER ожидается одновременноеиспользование более десяти гиротронов мегаваттной мощности [30]. Такимобразом, во многих тороидальных установках плазма находится подвоздействием одного или нескольких микроволновых полей накачки.Теоретические представления о электронно-циклотронном и ионноциклотронном методах нагрева возникла практически одновременно споявлением первых тороидальных установок [31]. Реализация ЭЦР нагревабыла достигнута после создания мощных электронных СВЧ-устройств:мазеров на циклотронном резонансе МЦР-генераторов или гиротронов[32,33].

В первом эксперимене на токамаке ТМ-3 в 1972 году была показанавысокая эффективность ЭЦР нагрева [34]. ЭЦР нагрев обладает рядомсвойств, которые позволяют ему занимать лидирующие позиции средиметодов дополнительного микроволнового нагрева плазмы.Различаеют ЭЦР нагрев на двух типах волн: необыкновенной волне (Xволна), в ней вектор напряженности электрического поля перпендикуляренвнешнему магнитному полю ( E  B ), и обыкновенной волне (O-волна), вкоторой вектор напряженности электрического поля параллелен внешнемумагнитному полю ( E || B ).Расчеты оптической толщины поглощения волн в стеллараторе Л-2Мбыли сделаны для квази поперечного распространения волн, для нихCos  1 , где  - угол между волновым вектором и магнитным полем в зоненагрева [35].На первой гармонике электронной гирочастоты (   He )оптическая толщина для O-волны магнитоактивной плазмы равна:1 2(Te / me c 2 )qkL ,где Te - электронная температура в энергетических единицах (в эВ), mec 2 энергия покоя электронов, q - отношения квадрата плазменной частоты иквадрата гирочастоты,k - волновоечисло,L-характерный масштаб43неоднородности магнитного поля вдоль направления распространенияволны.На второй гармонике электронной гирочастоты (   2He ) оптическаятолщина для X-волны равна:2 4(Te / me c 2 )Cos 2qk2 L .Оптические толщины для О-волне на первой гармонике гирочастотыэлектронов и Х-волне на второй гармонике примерно равны и не зависят отнаправления распространения.

Оптические толщины для другой пары волнна первой и второй гармоникахсущественно меньше. С ростом номерагармоник (выше второй) оптические толщины убывают как 1,2 ~ (Te / mec 2 ) s ,где S – номер гармоники. Подробно особенности гармоник гирочастотыизложны в [36, 37].Как правило, ЭЦР нагрев на современных тороидальных установкахосуществляетсянапервойгармоникециклотронной(гиро)частотыэлектронов обыкновенной волны или на второй гармонике необыкновеннойволны.

по плотности плазмы ограничения для ЭЦР нагрева определяютсясоотношением плазменной и гирочастоты электронов. Для обыкновеннойволны, на первой гармонике, зона нагрева существует, если циклотроннаячастота в центре плазмы превышает плазменную частотуq  1 , длянеобыкновенной волны на второй гармонике q  2 , для обыкновенной волнына второй гармонике q  4 . Очевидно, что однопроходное поглощение принагреве на второй гармонике необыкновенной волны возможно дляплотностей больших, чем при нагреве на первой гармонике обыкновеннойволны.ВстелларатореЛ-2Мплазмасоздаваласьинагреваласьнеобыкновенной [37] и обыкновенной волной (λ = 8 мм) на первой гармоникегирочастоты электронов.

Оценки оптической толщины для каждой нихпоказывают, что 1,2  1 при приведенных выше условиях на отношение44плазменной частоты и гирочастоты. Однопроходное поглощение этих волн встеллараторе подтверждено экспериментально[38].В настоящее время ЭЦР нагрев плазмы в токамаках (T-10 [39], HL-2A[40] и др.) и создание плазмы в стеллараторах (TJ-II, LHD [41,42])осуществляется на необыкновенной волне (второй гармонике) циклотроннойчастоты. На токамаке TCV рассматривается сценарий нагрева на третьейгармонике необыкновенной волны[43].В стеллараторе Л-2М плазмасоздается и нагревается необыкновенной волной (λ = 4 мм, f=75 ГГц) навторой гармонике циклотронной частоты [11] двумя гиротронами (рис.2.4) сгелиевыми криостатами комплекса МИГ-3 с мощностью 700кВт и 800 кВт.Рисунок 2.4.

Два импульсных гиротрона комплекса МИГ-3.45ГЛАВА 3. СИСТЕМА ДОППЛЕРОВСКОЙ РЕФЛЕКТОМЕТРИИ3.1. Волноводный тракт системы допплеровской рефлектометрии иего элементы.Волноводный тракт данной диагностики должен состоять изпередающей и приёмной частей. Для измерения спектров рассеянногоизлучения необходимо использовать схему квадратурного приёмника.

(рис.3.1.)Рис.3.1. Схема квадратурного приёмникаСхема квадратурного приемника представлена следующим образом:генератор излучает зондирующий сигнал, этот сигнал направляется какопорный в смесители и как зондирующий на антенну. Перед одним изсмесителей опорный сигнал претерпевает сдвиг фазы на π/2. Принимаемыйсигнал подается на 2 смесительные секции, где принятый сигналсмешивается с опорным сигналом. При этом сигнал в одном смесителесмещен по фазе относительно другого на π/2. Ввиду конструктивныхособенностей стелларатора Л-2М и ограниченного числа подходящихдиагностических окон, передающая и приемная части волноводного частисистемы допплеровской рефлектометрии реализованы в одном тракте.Исходя из этого выбрана следующая элементная база.46Для реализации смешенияив одном тракте и обеспечения сдвигафазы между опорными сигналами смесителей принято решение использоватьнаправленные ответвители (Рис.

Характеристики

Список файлов диссертации