“способ плазмы в установках токамак

ОПИСАНМВ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЬОЕОЮЗНАЯ Сфез Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 080978 . (21) 2 бб 3955/18-25с присоединением заявки Мо(51)М. Кл,з 6 21 В 1/00 Государствеииый, комитет СССР яо делам изобретений и открытий(54) СПОСОБ НАГРЕВА ДЕЙТЕРИЕВОЙ ПЛАЗМЫ В УСТАНОВКАХ ТОКАМИИзобретение относится к области физики плазмы и термоядерного синтеза.Известный способ нагрева плазмы в 5 токамаке - джоулев нагрев - не эффек тивен при высокой температуре плазмы, т.к. частота столкновений между электронами и ионами плазмы, опережающая энерговыделение, падает с рос О том температуры как Тэа 11).Ближайшим техническим решением является способ нагрева дейтериевой плазмы в установках токамак путем возбуждения в плазме магнитозвуко- вых колебаний на циклотронной частоте малой добавки резонансных ионов 21,Однако известный способ имеет ряд существенных недостатков.Как установлено экспериментально, 2 О в дейтериевой плазме токамака концентрация водородных ионов, определяющая эффективность диссипации и характер распределения магнитозвуковых волн на циклотронной нонной час тоте водорода, не регулируется и находится на слишком большом уровне (2-20). Повиаенная концентрация водородных ионов в дейтериевой плазме, по-видимому, связана с образованием ЗО в процессе разрядного импульса тока- мака паров воды и их конденсацией на непрогреваемых частях вакуумной системы установки.циклотронный нагрев ионов водорода приводит к отклонению функции распределения электронов от максвелловской и к возможности появления из-эа анизотропий распределеиия большого числа запертых и локально запертых ионов, плохо удерживаемых в токамаке. По этой причине высокочастотная (Вч) мощность оказывается ограниченной,При достаточно высокой темпЕратуре плазмы наряду с циклотронным мехайизмом нагрева ионов водорода ста новится весьма эффективным механизм нагрева на второй гармонике ионной циклотронной частоты, приводящей к непосредственному поглощениювысокочастотной мощности дейтонами плазмы. При таком механизме теория предсказывает сильную аниэотропию распределения для основных ионов и появление убегающих частиц. Плохое удержание этих частиц в токамаке также накладывает дополнительное ограничение на вводимую в плазму ВЧ мощность.Целью изобретения является повышение температуры плазмы.для достижения указанной цели вкачестве резонансных ионов вводятдважды заряженные ионы изотопа Неф,Как в .известном способе, в этом"случае поляризация волны в плазме,бпределяемая основными ионами, оказывается эллиптической, и обеспечивается эффективное циклотронное" этом плохо контролируемая примесьводородных ионов не оказывает влияйия -на процесс нагрева, т.к, циклотронная частота этих ионов находится за пределами плазменного шнура(если аспектное отношение А2),Также"полностью исключается механизмнагрева на второй гармонике ионнойциклотронной частоты для дейтерия.Поскольку декремент затухания магнитозвуковой волны (или добротностьплазмы) зависит в рассматриваемом случае от концентрации добавки, ее точное регулирование (осуществляется,например, путем напуска холодногогаза Неэ в разряд) позволяет осуществлять согласование плазмы с источником ВЧ мощности.Ф+ 3Резонансные ионы (Не ), получая энергию от поля волны и отдаваяее затем за счет торможения нерезо- Зонансным ионам (дейтонам) и электронам"плайя; имеют немаксвелловское распределение, обогащенное частицами в:области больших энергий,Мощность, передаваемая резонанс ными ионами частицам плазмы, имеетвид:"ссс"с"(; пп Ь 1А 40- ис- (ае 1 где сс = , е - индексы, обозначающие нерезонансные ионы и.электроны плазмы45д,2,о,Г- относительный атомный вес,зарядный номер, концентрацияи энергия резонансных ионов;" Ю - кулоновский логарифм . 561(Ч) - функция распределения резонансных ионов,О х 1 - интервал Максвеллафо(, Е,ЪСф А ТТ и 2 - температура и эффективныйф зф заряд плазмы.функций распределения резсойансных ионов 1(Ч)согласно , зави"ссит от четырех параметров плазмы Т,Т 2 и, Безразмерный параметрезрр гдСсЕ,-;П р Е65 где СРу;.редненная по магнитной поверхности ВЧ мощ ностьпоглощаемая резонансными ионами в единице обьема плазмы.Иэ анализа приведенных формул следует, что мощность, передаваемая иерезонанснью ионамР л 2 д/2Легко видеть, что и,:полсьзование в качестве резонансных КОПОВ Н + вместо ионов водорода позволяет увеличить мощность Р; более чем в 3 раСледует подчеркнуть, то циклотроннын нагрев малои добавки резонансных ионов имеет своеобразный характер. При относительно малом уровне мощности энергия, поглощенная резонансвьали частицами от поля волны; почти полностью передается за счет столкновений основным ионам плазмы, Максимальный нагрев последних достигается ири определенном значении Г зависящем от конкретных параметров йлаэмы, При дальнейшем увеличении мощности энергия, передаваемая основным ионам, падает, а доля энергии, передаваемая электронам, растет. Это должно приводитЬ к возникновеснив существеинои анизочроиии функции распределснпя и образованию большого числа запертых и локально запертых ионов, быстр покидающих ловушку. Иитенсивныи поток таких частиц на стенку камеры может увеличивать ее распыление, повышать поступление примеси в плазму и в конечномсчете вызвать неустойчивость срыва. Указанные причины приводят к ограничению уровня вводимой в плазму ВЧ мощности.Изобретение позволяет значительно увеличить энергию, вводимую в плазму токамака, чем ио известному способу, осуществить нагрев основных ионов (дейтонов), не искажая их функции распределения, а также открывает возможность плавного регулирования нагрузки источника ВЧ мощности,формула изобретенияСпособ нагрева дейтериевой плазмы в установках токамак путем возбуждения в плазме магнитозвуковых колебаний на циклотронной частоте малой добавки резонансных ионов, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повьпаения температуры плазмы, в качестве резонансных ионов719332 Составитель В. ОбуховТехред И,Асталсш Корректор С. Шекмар Редактор М. Кузнецова Заказ 576/8 Тираж 476 Подписное ВНИИПО РосударственногО комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патентф, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 вводят дважды заряженные ионы изотопа Нее.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Арцимович Л.А. "Управляемые термоядерные реакции", Изд, 2-ое,М., 1966, с. 223-299,2, Авторское свидетельство СССРР 342560, кл. Н 05 Н 1/00, 1974