Способ стабилизации плазмы

ОПИСАНИЕИЗОВРЕтЕНИЯ 646474К АВТОРСКОМУ СВИЛЕТЕЛЬСТВУ Сеют Севетснни Сцнапнстнчеснни Респубпнк(23) Приоритет -1) 2354542/18-25кн-1/О н сударстаениый ком СССР о делам изобретеии и открытий.фицнер, Ю.В.Митришкин я 71) Заявител ена Ленина институт проблем управления нститут атомной энергии им.И.В.Курчато) СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ПЛАЗМЫ 1Изобретение относится к области автоматического управления процессами в термоядерных установках и может быть использовано при подавлении различных плазменных неустойчивостей, 5 в частности, при подавлении желобковой неустойчивости плазмы в термоядерных ловушках с магнитными пробками.Известны способы подавления плаз О менных неустойчивостей внешней обратной связью с постоянными параметрами, Например, в термоядерных ловушках с магнитными пробками для подавления желобковой неустойчивости, воз никающей вследствие разделения зарядов на поверхности плазмы при ази:мутальном дрейфе ионбв и электронов в неоднородном магнитном поле, применяются электростатические системы ф обратной связи (11 .Теоретические и экспериментальные исследования показали, что в пространстве параметров системы обратной связи существуют области, в которыхплотность плазмы может достигать мак-.симальных значений, Поскольку параметры плазмы нестационарны и изменяются заранее неизвестным образом,то известные способы подавления плазменных неустойчивостей посредством систем обратной связи с постоянными параметрами не могут обеспечить слежение за этими областями в процессе накопления плазмы и, как следствие, не могут обеспечить максимально возможный запас устойчивости.Известен способ стабилизации плазмы, при котором регистрируют приращение плотности плазмы и воздействуют на плазму системой внешней обратной связи, параметры которой изменяют путем воздействия многоканальным автоматическим оптимизатором 12),Однако этот способ применим только в случае относительно медленного процесса расхождения неустойчивых колебаний плазмы, когда инкремент составляет несколько процентов от частоты (как, например, при стабилизации ионно-циклотронной неустойчивости). Причем для Формирования показателя устойчивости плазмы в известном способе необходимо определение инкремента (или декремента) расходящихся (или сходящихся) колебаний, Если колебания расходятся достаточно быстро, когда инкремент их сравним с частотой (как, например, при желобковой неустойчивости), то Формирование показателяустойчивостисогласно известному способу не представляется возможным,так как колебания расходятся за время; сравнимое с временем определенияинкремента.Кроме того, в силу организациипоисковых воздействий автоматичЕского оптимизатора по известному способу на основе реакции декрементавысокочастотных колебаний плазмы,.необходимо управление параметрамисистемы обратной связи также вестина достаточно высокой частоте. Этосоздает принципиальные трудностипри аппаратурной реализации известного способа.11 ель предлагаемого изобретения - 15автоматический поиск и поддержаниепараметров системы обратной связиДля этого. направление измененияпараметров системы обратной связиформируют в зависимости от знака 20получаемых приращений плотности плазмы в процессе ее накопления. В режиме ограничения плотности без сбросовпараметры системы обратной связиизменяют с частотой внешнего воздействия оптимизатора,На фиг. 1 изображена блок-схемаобъекта (плазмы) и системы управления; на.фиг, 2 представлен процесспоиска максимума максимальных зна- ЗОчений плотности; на фиг, 3 изображенпроцесс поиска максимальных значенийплотности в режиме ограничения плотности без сбросов.При охватывании объекта 1 обратной )5связью (фиг,1) вектор выходных сигналов электростатических датчиков+потенциала ц преобразуется системойобратной связи 2 и подается в видевектора входных воздействий Х науправляющие электроды, Автоматический40оптимизатор 3, получая информациюс датчика плотности плазмы, формируетнаправление изменения -вектора параметров п 1 системы 2 обратной связи взависимости от знака плучаемых приращений плотности и .При подавлении, например, жалобковой неустойчивости плотность ограничивается при появлении потерь плазмывследствие возникновения неустойчивых 50колебаний, В одних случаях возникаютрежимы ограничения плотности со сбросами, в других (например, при изменении вакуумных условий) - режимы ограничения плотности без сбросов, В первом случае максимальные значенияплотности определяются параметрамиобратной связи. При достижении этихзначений замкнутая система фплазма+обратная связь выходит на границу 60устойчивости, что приводит к потерямплазмы и сбросу плотности. Процесспоиска максимума максимальных значений плотности согласно предлагаемому способу для простоты иллюстри 65 руются по одному управляемому параметру, например, пространственномуфазовому сдвигу ( (фиг,2), При выходе на границу устойчивости фиксируюти запоминают максимальное значениеплотности (где 1 - номер максимумаплотности), Затем производят сравнение с предыдущим запомненным максимумом плотности и и определяютзнак разности ЬР =11 - п , ЕслиЬ иО, то направление измененияш оставляют прежним, то есть делаютшаг Ь д в ту же сторону, что и предыдущий Ьд". Если ЬП, О, то изменяют направление шагов по ш напротивоположное, то есть делают шагв другую сторону по отношению к предыдущему шагу. Частота изменения управляемого параметра определяетсячастотой сбросов плотности и не является регулярной величиной. Такимобразом, в результате рассмотренногоформирования направления шагов поуправляемому параметру находится максимум максимальных значений плотности,В режиме ограничения плотности безсбросов от внешнего генератора автоматического.оптимизатдра задается постоянная частота изменения управляемого параметра (фиг,З), В тактовыеинтервалы времени, задаваемые этимгенератором, определяют и запоминаютгнутое зна ыние пло(где- номер тактового интервалавремени). Затем производят сравнениес запомненным значением плотностии)-1в предыдущий тактовый интервал времени и,определяют знак разностиЬП =и -и . Если ЬРО, то на 3-1правление изменения Ч в тактовый интервал времени сохраняют а если,/ь пО, то направление шагов Ьризменяют на противоположное.В общем случае поиска экстремумаплотности по многим переменным формируют направление изменения векторапараметров й) в зависимости от знака .Ь и(или ь и) по одному из многокоординатных шаговых методов поискас совмещенными пробными и рабочимишагами,Поскольку положение и величинаэкстремальных значений плотностизавися от изменяющихся неизвестнымобразоМ параметров плазмы, то предлагаемый способ позволяет находитьи поддерживать оптимальные значенияпараметров системы обратной связи,соответствующие максимально возможному запасу устойчивости в процессенакопления плазмы.При этом поиск оптимальных параметров системы обратной связи согласно предлагаемому способу ведетсяна частоте релаксационных колебанийплотности плазмы (десятки герц), ане на частотахблизких, например, кжалобковым (десятки килогерц) или646474 Формула изобретения Х П Сос Тех актор Б.Павло Тираж 943 ПодпИ Государственного комитета СССРделам изобретений и открытийМосква, Ж, Раушская наб., д,4/ исное ака 31/47 ЦНИИ илиал ППП Патент , г.ужгород, ул,Проектная,циклотронным (десятки мегагерц), Этозначительно упрощает аппаратурнуюреализацию способа,Кроме того, формирование направления изменения параметров системыобратной связи по информации о знакеполучаемых приращений плотности, ане по реакции декремента высокочастотных колебаний плазмы, как в прототипе, позволяет оптимизировать параметры обратной связи и повыситьзапас устойчивости в случае относительно быстрого процесса расхождения неустойчивых колебаний (например,желобковых), когда инкремент их сравним с частотой,1, Способ стабилизации плазмы, при котором регистрируют приращения плотности плазмы и воздействуют на плазму системой внешней обратной связи, параметры которой изменяют путем воздействия многоканальным автоматическим оптимизатором, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью автоматического поиска и поддержания опти- .мальных параметров системы обратнойсвязи, направление изменения параметров системы обратной связи формируютв зависимости от знака получаемыхприращений плотности плазмы в процессе ее накопления,2. Способ по п.1, о т л и ч а ю 10 щ и й. с я тем, что в режиме ограничения плотности без сбросов параметры системы обратной связи изменяют с частотой внешнего воздействияоптимизатора.15 Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе1. ГсЬоч 0.А. ц оСЬегЛерог 1 СК -53/0-4,Рйакта РЬцьсб апд СопгоИепд ПОсРеагГцв 1 оп ЧеееагсЬ, Ь" Соп 1 егепсе Ргосеес)120 пффф,1 оуо, ЙМочетЬег, 1974.2, Авторское свидетельство СССРУ 503459, кл. Н 05 Н 1/00, 1975. витель В,Рычков д М, Петко Корректор Д. Мельниченк