Скорости тороидального вращения обычно измеряются по допплеровскому сдвигу линий излучения водородоподобных ионов примесей в результате перезарядки полностью ионизованных атомов примесей на ионах инжектированного пучка.

Время жизни момента вращения определяется из уравнения сохранения [5]:

где ni, mi — плотность и масса ионов плазмы; Vt — скорость вращения; mb, Eb — масса и энергия атомов инжектируемого пучка; Rtan — большой радиус входа пучка в плазму.

Многие эксперименты показывают, что характерное время удержания тороидального момента и энергетическое время жизни близки по величине, хотя существуют несколько экспериментальных результатов, демонстрирующих расхождение этих величин до ~40 % [5].

Сильное влияние на τt оказывает МГД-активность плазмы. Например, эксперименты DIII-D показали [42], что в разрядах без пилообразных колебаний τt падает до нуля, в то время как τЕ возрастает вдвое.

5.6.3. Полоидальное вращение плазмы

Раньше предполагалось, что полоидальное вращение плазмы удовлетворительно согласуется с предсказаниями неоклассической теории. Эти представления основывались на результатах измерений, выполненных в области транспортного барьера в режимах с H-модой и внутренним транспортным барьером. Однако, как показали измерения в области вне транспортного барьера, проведенные на DIII-D [43], полоидальное вращение плазмы существенно превышает предсказания неоклассической теории по амплитуде и может отличаться по направлению вращения (рис. 25).

53

Этот результат показывает, что полоидальное вращение плазмы аномально. Источник аномальности – турбулентный перенос, физическая природа которого пока окончательно не ясна.

Рис.25. Сравнение результатов измерений полоидального вращения в токамаке DIII-D с предсказаниями неоклассической теории [43]

5.7. Результаты анализа безразмерных параметров: нерешенные вопросы

Для сопоставления результатов экспериментов, проводимых на установках с различной геометрией, мощностями нагрева, абсолютным значением плотности удобно перейти в область безразмерных параметров, таких как q, β, ρ*=ρi/a и т.д. Кроме того, различные теоретические модели, предсказывающие поведение плазмы и турбулентности в различных режимах также оперируют безразмерными параметрами. Поэтому измерение функциональных зависимостей параметров плазмы от безразмерных параметров — удобный инструмент для сравнения эксперимента с теорией.

Несмотря на то, что вопрос создания скейлингов – вопрос, скорее, относящийся к области статистики, чем физики, тем не

54

менее закономерности, выявляемые при построении скейлингов, могут привести к необходимости уточнения теоретических моделей. Рассмотрим один из таких примеров.

В течение нескольких лет ведется полемика между различными экспериментальными лабораториями и теоретическими группами о зависимости времени жизни плазмы от β. Ранее было показано, что энергетическое время жизни плазмы практически не зависит от β ни в L-моде ни в Н-моде [44]. В то же время анализ базы данных ИТЭР, в которой собраны результаты многих установок, позволяет вывести скейлинг, в котором наблюдается сильная деградация удержания с ростом β:

L-мода: τL ~ β−1.41 ;

E ,th

Н-мода: τITER 98,y2 ~ β−0.5 .

IPB98(y,2) Prediction

Рис.26. Скейлинг теплового времени жизни плазмы в Н-моде, определенного как Bτth ~ β−α , в зависимости от теплового нормализованного β, т.е. вычис-

ленного только для тепловых частиц (без учета вклада нетепловой компоненты). Предсказания скейлинга ИТЭР ITER98,y2 показаны пунктирной линией

55