вения ELMs. Это может быть реализовано в режимах спокойной Н-моды (Quiescent H-mode), а также благодаря различным методам активного управления ELMs (см. § 7).
ELMs III ELMs I
Стенка Te
Центр плазмы
Рис. 57. Двумерное изображение (радиус — время) изменения температуры плазмы при ELMs. Данные установки JET, импульс 51672 [65]
9.6. Внутренние транспортные барьеры: нерешенные вопросы
Итак, исследования режимов с внутренними транспортными барьерами, проводимые уже более двадцати лет, позволили значительно продвинуться в понимании физических механизмов
101
формирования ВТБ, приступить к разработке алгоритмов активного управления такими режимами, оптимизировать режимы с ВТБ с точки зрения улучшения их устойчивости и увеличения времени удержания энергии и частиц. В то же время, некоторые задачи в этой области еще требуют решения:
—режимы с ВТБ и высокой долей бутстреп-тока — развитие алгоритмов контроля профиля давления и тока ;
—развитие алгоритмов контроля плотности плазмы с одновременной оптимизацией параметров удержания, профиля бут- стреп-тока и взаимодействия плазма/стенка;
—оптимизация профиля тока для обеспечения МГД устойчивости;
—дальнейшее развитие теории турбулентного транспорта, анализ механизмов стабилизации турбулентности;
—развитие алгоритмов управления периферийной плазмой для создания стационарных и устойчивых режимов, с одновременным существованием внутреннего и внешнего транспортного барьеров;
—развитие теоретически обоснованных моделей для описания режимов с ВТБ, увеличение их предсказательной способности.
Последняя из перечисленных задач связана с тем, что до сих пор не существует единой транспортной модели, которая позволила бы описать режимы с формированием ВТБ, наблюдаемые на различных установках. Каждая из существующих моделей дает удовлетворительное согласие с экспериментом на одной из установок, но требует существенного изменения при попытке описания результатов другого токамака [82]. Это означает, что в настоящее время не существует надежной модели, позволяющей предсказать параметры режима с ВТБ, ожидаемого в реакторе.
§ 10. ГИБРИДНЫЕ РЕЖИМЫ
Как отмечается в [12], cтандартный сценарий ИТЭР с внешним транспортным барьером и граничными локализованными модами третьего типа имеет монотонный профиль тока
102
с q(0)<1 и q95≈3. Однако, как отмечается в [12], этот режим не
дает ожидаемого термоядерного выхода (Q=Pfus/Pheat=10 или 5) и не создает условий для полностью неиндукционного поддер-
жания тока. Для выполнения условий, накладываемых на величину термоядерного выхода и величину неиндукционного тока необходимо создавать режимы с улучшенным удержанием по сравнению со стандартной Н-модой. В современных экспериментах такие режимы получаются благодаря изменению профиля тока плазмы, поэтому принята классификация сценариев разряда с улучшенными параметрами (удержание, доля неиндукционного тока, устойчивость), основанная на особенностях профиля тока, который реализуется в этом режиме (рис. 58):
Профили q (r)
Сильный отрицательный шир
Слабый отрицательный шир
ŝ~0
Рис.58. Классификация профилей q(r) в зависимости от величины магнитного шира [12]
1) профили тока со слабым отрицательным широм включают конфигурации с q(0)/qmin<2, а также разряды с почти нулевым широм с 1.5<qmin<2.5. Если в экспериментах реализуется такой профиль тока, то, как правило, формируется ВТБ. Предполагается, что такие разряды будут создаваться в ИТЭР для достижения стационарного режима с полностью неиндукционным поддержанием тока и долей бутстреп-тока ~50% ;
103
2)режимы с сильным отрицательным магнитным широм с высокой долей бутстреп-тока;
3)гибридные режимы: режимы с q(0)~1 и с низким или нулевым магнитным широм. В этих режимах обычно не
формируется ВТБ, q95~4. Эти режимы рассматриваются как кандидатные для получения длинного импульса в ИТЭР с высоким термоядерным выходом, с частично неиндукционным поддержанием тока. Особенность гибридного режима заключается в том, что профиль тока с q(0)~1 и широкой
областью нулевого шира поддерживается за счет развития мод типа fishbone*) (“рыбья кость”) или за счет НТМ 3/2.
Первые эксперименты, проведенные на ASDEX Upgrade, показали, что удержание в гибридном режиме выше, чем
предсказывается скейлингом Н-моды, и βN=2-3. Первоначально предполагалось, что улучшение удержания в
гибридных режимах — следствие формирования ВТБ. Однако, последующий анализ показал, что профили температуры в этом режиме остаются «жесткими» без увеличения критического градиента, что было бы свойственно режиму с транспортным барьером.
Преимущество гибридных режимов заключается в возможности достичь наиболее высокого значения нормализованного давления плазмы, выше идеального предела, 4li, и поддерживать его в квазистационарных условиях.
Профиль бутстреп-тока в гибридном режиме плоский. Это облегчает задачу управления профилем тока плазмы.
Несмотря на активное изучение экспериментальное и теоретическое исследование гибридного режима, физика улучшения характеристик в этих разрядах по сравнению с Н-модой пока до конца не выяснена.
_____________________________________________________
*) Fishbone неустойчивость – внутренняя винтовая мода, развитие которой вызвано наличием в плазме быстрых ионов. Осциллограмма колебаний магнитного поля по форме напоминает скелет рыбы, благодаря чему неустойчивость и получила свое название. Механизм возникновения этой неустойчивости рассмотрен в [8].
104