РАЗДЕЛ IV. РАБОТА ВБЛИЗИ ПРЕДЕЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ
Для достижения максимального термоядерного выхода в условиях стационарной работы термоядерного реактора необходимо увеличивать плотность плазмы, давление плазмы, долю бутстреп-тока. Плотность плазмы ограничивается достижением предела по плотности. Максимально возможное давление плазмы ограничено развитием резистивных мод, вызванных близостью проводящей стенки (RWM), и развитием неоклассических тиринг-мод.
§11. ПРЕДЕЛ ПО ПЛОТНОСТИ
В[7] на основании анализа баз данных различных установок был предложен эмпирический скейлинг для предельно достижимого значения плотности, который выражается приведенной выше формулой (2). Эта формула дает значение плотности, при попытке превышения которого должен наступать срыв разряда.
Вто же время, понятие предела несколько более широкое: при увеличении плотности могут наблюдаться другие эффекты, которые также интерпретируются как достижение предельной плотности. В табл. 3 перечислены такие физические явления, и указаны значения плотности (в долях плотности Гринвальда), характерные для появления эффекта.
Таблица 3. Проявления предела по плотности [85]
Явление |
Диапазон ne / nGw |
Появление MARFE *) |
0.4 — 1 |
Дивертор в режиме отрыва |
0.3 — 1 |
плазмы |
0.3 — 1 |
Спад τЕ в Н-моде |
|
Изменение характера ELM |
|
106
|
|
Продолжение табл. 3 |
Явление |
Диапазон ne / nGw |
|
H-L переход |
0.8 |
— 1 |
Полоидальный отрыв |
0.7 |
— 1 (для чистой плазмы) |
Возникновение МГД мод и |
~ 1 |
|
срыв |
|
|
*) MARFE — multifaceted asymmetric radiation from the edge —
полоидально локализованное, тороидально симметричное сильно излучающее образование с высокой плотностью и низкой температурой.
11.1. Появление MARFE
MARFE — тороидально симметричное, полоидально локализованное сильно излучающее образование, имеющее высокую плотность и низкую температуру. Обычно MARFE наблюдается на внутреннем обводе токамака (рис. 59), но иногда и в области Х-точки.
Рис.59. Профиль набега фаз интерферометра перед срывом по предельной плотности в установке Т-10 [86]
При увеличении плотности плазмы, плотность в периферийных областях увеличивается, температура плазмы
107
понижается. В некотором диапазоне температур излучение частично ионизованных примесей начинает преобладать над нагревом. Температура рассматриваемой области падает, в силу сохранения давления на магнитной поверхности, плотность растет. С ростом плотности MARFE распространяется в радиальном направлении внутрь к центру шнура. Также наблюдается полоидальное расплывание MARFE.
Асимметрия положения излучающего образования связана с влиянием тороидальности. За счет баллонного эффекта температурный профиль температуры на внутреннем обводе тора более пологий, охлаждение идет легче за счет полоидальной несимметрии теплового потока.
Рис.60. Временная эволюция интенсивности излучения линии Hα , отражающей поток водорода при различных горизонтальных положениях плазмы в то-
камаке TEXTOR [87]
На установке TEXTOR было показано [87], что формированием MARFE можно управлять, изменяя условия взаимодействия плазменного шнура с элементами камеры. При смещении плазменного шнура наружу вдоль большого радиуса момент появления излучающего образования сдвигался по времени (рис. 60). С помощью этой методики удалось увеличить предельную плотность на ~30% (рис. 61).
108
Рис.61. Зависимость предела по плотности, приводящего к срыву от горизонтального положения плазмы. Предел Гринвальда показан пунктирной линией. По оси абсцисс – смещение плазменного шнура относительно центра разрядной камеры, по оси ординат – средняя линейная плотность. Результаты ус-
тановки TEXTOR [87]
11.2. Отрыв дивертора
При высокой плотности условия с низкой температурой и высокой долей излучения формируются не только в периферийной плазме, но и в области дивертора. Особенности режима с отрывом дивертора подробно рассмотрены в разделе 18.2. Отметим, что для режима отрыва дивертора характерна такая же асимметрия: процесс начинается из области вблизи внутренней (на стороне сильного магнитного поля) пластины, затем распространяется к внешней пластине. Отрыв начинается вблизи сепаратрсы и по мере роста плотности распространяется в SOL. На начальной стадии процесса область повышенного излучения находится в области входа силовой линии в пластину дивертора (strike point), затем скачком перемещается в область Х-точки
(рис. 62).
Так же, как и в случае с MARFE, порог по плотности для перехода в режим отрыва различен на разных установках [85]. Например, в токамаках ASDEX и JET полный отрыв наблюдался
109