Способ измерения параметров плазмы в токамаке

(51 Т СССР ОТКРЫТИ ЗОБРЕТЕН ТЕЛ ЬСТВУ нский ЖТФ,1.Р.,егз,(54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПЛАЗМЫ В ТОКАМАКЕ, основанныйна измерении распределения потокаэнергичных термоядерных частиц датСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ОПИСАНИЕ Н АВТОРСКОМУ СВ(56) 1. Афросимов В.В. и У1960, Р 30, с, 1456,2. 1 оЬез Р.С., МагзЬа 1Н 1 скос 1 с К.1 Круз. Кс.22 (1969) 1042 (прототип) чиками, равномерно распределеннымипо поверхности стенки токамака,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью расширения диапазона исследуемых параметров плазмы, проводят измерения двух потоков частиц, падающих на стенку под двумя разнымипнтч-углами, двумя группами равномерно распределенных по поверхностистенки датчиков и по двум распределениям потоком частиц по поверхностисудят о распределении плотностиплазменного тока на поверхностистенки и распределении давленияплазмы.1150 б е 9.еохй+ =хР +(г2 лесЧо 27 сМ40где х = Ч(ЧМ - поток полоидального магнитЩ - Р(ф)Дз, Дз Ч 1Изббретение относится к управляемому термоядерному синтезу и может быть использовано для измеренийраспределений давления плазмы и распределения плазменного тока в токамаке, в котором протекают термоядерные реакции с образованием энергичных заряженных частиц.Известен способ измерения ионнойтемпературы, основанный на измерении энергетического спектра нейтральных частиц, вылетающих из плазмы на стенку (13.Однако при больших размерах,плотности и температуре плазмы поток нейтралов мал, что существенноснижает точность измерений.Наиболее близким техническим решением к изобретению является способизмерения параметров плазмы, основанный на измерении распределенияпотока энергичных термоядерныхчастиц датчиками, равномерно распределенными по поверхности стенкитокамака 2325Анализ траекторий инжектируемыхионов позволяет судить о распределении тока в плазме, Однако для реализации этого способа требуетсяиспользование специальных инжекторов тяжелых ионов и поэтому этотспособ не получил широкого распространения.Целью изобретения является расширение диапазона исследуемых параме"г 35ров.Цель достигается тем, что согласно способу измерения параметров плазмы в токамаке, основанному на измерении распределения потока энергичных термоядерных частиц датчиками,равномерно распределенными по поверхности стенки токамака, проводят измерения двух потоков частиц, падающихна стенку под двумя разными литч-уг 45лами, двумя группами равномерно распределенных по поверхности стенкидатчиков и по цвум распределениямпотоков частиц по поверхности судято распределении плотности плазменного тока на поверхности стенки и распределении давления плазмы. 63 аобъема плазменного шнура, включаяокрестность магнитной оси,При таких значениях тока полныйкоэффициент удержания К-частицдостаточно большой (например, при12 МА К, = 953) и поэтому этотдиапазон токов представляет интерескак для реакторных приложений, таки для будущих экспериментов, рассчитанных на исследование плазмы в режиме термоядерного горения. При15,4/А частицы, рождающиеся вокрестности магнитной оси, не выходят на стенку камеры и, следовательно, можно восстановить параметрыплазмы только на периферии плазменного шнура,В дальнейшем рассмотрим измерениепотоков е-частиц, хотя все измеренияможно основывать и на регистрациидругих заряженных частиц (например,протонов с энергией 14,7 мэВ, рождающихся в реакции Р + Не -ь р + й).Рассмотрим сначала, как выбирается расположение датчиков на стенкекамеры и как рассчитываются за исимости литч-углов от радиуса Х (Н ) их(к,).Дрейфовая траектория о-частицы ваксиально-симметричном магнитном поле токамака определяется двумя законами сохранения: законом сохранения магмагнитного момента законом сохранения обобщенного момента импульса ного поля;Ч - скорость;е - заряд и л - масса -частицы. Величины с индексом 0 - это значения переменных в точке выхода траектории на стенку камеры, Число частиц ЙИ, родившихся в объемеРР Ч, равногде Р(х) т Способ позволяет получить наиболее точные результаты при неслишком большой величине плазменного тока 55 Т5,4/ГА.(МА), где А = К/а - аспектное отношение тойа, когда термоядерные Ы-частцы выходят из всего п.п г ( 6 ( ч - чг) з - скорость рождения частиц плотности реагирующих ионов;сечение термоядерной реакции.+(т),27 ьсЧ о" 2 Э пс Ч СоставительТехред М,Надь Редактор М.Товтин КоРРектоР В,Гирняк Заказ 2151/39 Тираж 408 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРподелам изобретений и открытий113035," Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 31--(6) 2 тисЧ дй 102 вфсЧ 2. 2 н всч Исключая из этих уравнений К иО К, , получаем зависимость Ю (К).После того, как мы восстановили М (К), зависимость Р(р) можно найти, решая интегральное уравнение Абеля (4) или (5), также как это делается при любых хордовых измерениях.При больших значениях плазменного тока от пролетных частиц с. хр = +1 следует перейти к частицам с Х (1, выходящим на стенку из более глубоких областей плазмы. При произвольных зависимостях х (К ) и т (К )оо о процедура восстановления качественно не меняется, однако система управлений для определения 1,(К) оказывается более громоздкой.Зависимости(К,) и х,2(К ) могут быть рассчитаны заранее и зависят от величины тока в плазме и формы сечения стенки, По экспериментальным кривым Ф(КС,) и Ф(К ) восстанавливаются М(р), Т(р)пСпособ позволяет измерять большое число параметров плазмы, а именно:распределение плазменного тока, распределение давления плазмы, не требует использования специальных инжекторов тяжелых ионов, что существенно снижает стоимость диагностики.