Способ удержания и нагрева плазмы

(45) Дата опубликования описания 07.01.82Изобретение относится к области физики плазмы и управляемого термоядерного синтеза и может быть использовано при разработке замкнутых магнитных ловушек с тороидальным дивертором.В замкнутых магнитных ловушках типа Токамак и Стелларатор профиль плотности и температуры плазмы имеет колоколообразный вид с максимальными значениями в центре плазменного шнура, т. е. ст д"ПрИМеСИ МНОГОЗЗРЯДНЫХ ИОНОВ КОНЦЕНТРНруются в области максимальной плотностиНакопление примесей в центре плазменного шнура нежелательно, так как может нарушить работу термоядерного реактора,основанного на ловушках данного типа. Поэтому целесообразно создание такого профиля параметров плазмы, при котором максимум плотности находился бы на границе плазменного шнура, а максимум температурыв его центре, т. е. необходимо управлять параметрами плазмы для реализации условийанИзвестен способ удержания н нагрева плазмы, находящейся в замкнутой магнитной ловушке, путем пропускания тока через плазму (омический нагрев) 1. Данный способ позволяет управлять температурой и плотностью плазмы. Изменение величины тока, пропускаемого через плазму, приводит к изменению абсолютныхсзначений указанных параметров плазмы, однако, форма радиального профиля температуры и плотности плазмы остается без изменения.Ближайшим техническим решением является способ удержания и нагрева плазмы в замкнутой магнитной ловушке с тороидальнътът дивертором, включающий инжекЦию частиц в ловушку 2.Пучки высокоэнергетичных нейтральных атомов инжектируют в ловушку по специальным трактам транспортировки частиц либо поперек удерживающего плазму маг нитного поля, либо по касательной к последнему.Данный способ позволяет ирменять абсолютные значения плотности и температуры плазмы, но не позволяет изндеиять форму радиального профиля плотности и тегипературы плазмы, которая сохраняет свой колоколообразный вид. уЦелью изобретения является повышение температуры плазмы путем снижения примеси многозарядных ионов.Эта цель достигается тем, что иижекцию частиц осуществляют через магнитные щелитороидального дивертора при условии:1, причем п 2 д, а Т 2 Т 1,ЩТ, д; д, ьдг где п;плотность плазмы, в ловушке; 222 - плотность инжектируемой плаз мы; Т 1температура плазмы в ловушке: Т 2температура инжектируемой плазмы.оСпособ управления параметрами плазмы может быть осуществлен на замкнутой тороидальной ловушке с тороидальным дивертором. .Ловушка содержит тороидальную камеру, дивертор, катушки создания диверторной конфигурации магнитного поля, включенные навстречу катушкам основного тороидального магнитного поля. Магнитные Щели дивертора соответствуют области нуля магнитного поля 5.дмтУправление радиальными профилями плотности и температуры плазмы осуществляется путем квазистационарной инжекции плазмы. При первичной инжекции плазмы на тороидальных участках ловушки образуется колоколообразный профиль плотности и температуры плазмы п; и Тд. В экспериментах значения плотности изменялись в пределах п, = 10 + 10 см, атемпература Т = 1010 эВ. Такой же профиль па раметровптлазмы характерен для замкну тых ловушек типа Токамак и Стелларатор при любых способах управления параметрами плазмы.При последующей инжекции плазмы через магнитные щели дивертора с параметрами п 2 п, а Т 2 Т при выполнении условин д 2 Та;п,Т,1 (в экспериментах 212210 ++ 10 см-З, а Т 2 до 10 эВ) образуется двугорбый профиль плотности, причем максимальное значение плотности плазмы пя находится на поверхности минимума, т. е, наБлагодаря кольцевой области, где напря ЖСННОСТЬ МЗГНИТНОГО ПОЛЯ равна НуЛЮ, Псохранению среднего минимума на сепаратрисе, разделяющей магнитный поток,циркулирующий в ловушке, от магнитного потока, выводимого в камеру дивертора, инжектированная плазма будет накапливаться в кольцевой магнитной яме и распространяться вдоль силовых линии в окрестностях сеиаратрисы.е.При этом на границе плазменного шнура образуется экранирующий слой. Инжекция плазмы с параметрами п 2 Т 2 щТд позволяет компенсировать потери плазмы из ловушки. -Наличие выходящего магнитного потока в тороидальном диверторе существенно уменьшает технологические трудности при реализации данного способа в конкретных замкнутых ловушках в сравнении с реализацией известных способов нагрева, так как для его реализации не требуются каналы транспортировки частиц.Двугорбый профиль плотности плазмы можно использовать для устранения причины, вызывающей диффузию "примесей к центру плазменного шнура и сниженитеьтпературы плазмы.Способ удержания и нагрева плазмы в замкнутой магнитной ловушке с тороидальным дивертором, включающий иижекцию частиц в ловушку, о т л ич а ю щ ия е тем,что, с целью повышения температуры путем снижения примеси многозарядных,ионов,инжекцию частиц осуществляют черегдмуагнитные щели тороидального дивертора при условии: АИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе: