§ 15. НАГРЕВ И ГЕНЕРАЦИЯ ТОКА С ПОМОЩЬЮ НИЖНЕГИБРИДНЫХ ВОЛН

тот, используемых на современных установках, составляет 1-10 ГГц.

Для проникновения волн в плазму и достижения резонансного слоя должно быть выполнено условие

где ω — частота волны, N||=k||c/ω — индекс рефракции вдоль магнитного поля. Видно, что выполнение этого условия зависит от величины магнитного поля и плотности плазмы.

Эффект нагрева и создания тока обусловлен искажением функции распределения электронов в результате взаимодействия волны с плазмой: образованием квазилинейного плато в области скоростей

где N||max и N||min – максимальное и минимальное значения индекса рефракции по спектру волны.

Основной проблемой использования нижнегибридного нагрева является трудность распространения волны между антенной и плазмой, так называемое сцепление волны с плазмой. Волна может проникать в плазму только, если плотность плазмы в непосредственной близости от антенны превышает критическое значение:

Для улучшения связи антенны с плазмой используются различные методы:

—оптимизация антенны, что позволяет расширить рабочий диапазон плотностей;

—поддув газа в область между антенной и плазмой позволяет удовлетворить условию (19);

—уменьшение расстояния между антенной и плазмой также позволяет выполнить условие (19).

154

15.2. Использование нижнегибридных волн в современных экспериментах

Генерация тока с помощью нижнегибридных волн (LHCD) позволяет получить наиболее высокое (по сравнению с другими методами) значение эффективности генерации. Достигнутые значения эффективности генерации тока по данным трех установок приведены на рис. 86. Особенно важно, что высокие значения были достигнуты на периферии плазменного шнура при r≥0.5a. Это позволяет рассматривать LHCD как наиболее выгодный метод для изменения профиля тока плазмы с созданием магнитных конфигураций с отрицательным широм, а также для создания режимов с полностью неиндукционным поддержанием тока. На токамаках, оснащенных комплексом нижнегибридного нагрева (например, JET), этот метод рутинно используется для создания немонотонных профилей тока.

ηˆ CD , 1019 А/Вт/м2

Рис.86. Эффективность генерации тока с помощью нижнегибридных волн [5]

Создание плато на функции распределения электронов с помощью LHCD позволяет использовать синергетический эффект для улучшения поглощения электронно-циклотронных

155

волн, и, как следствие, увеличения ЭЦ-тока, например, в режимах с высокой плотностью. Такие эксперименты были проведены на токамаке FTU (рис. 87).

Рис.87. Временная эволюция параметров плазмы при совместной работе нижнегибридного и электронно-циклотронного нагревов плазмы в токамаке

FTU [118]

В более ранних экспериментах нижнегибридный нагрев использовался для оптимизации стадии развития разряда. На рис. 88 показано сравнение экспериментов, проведенных на установке JT-60U, с использованием LHCD и без LHCD на начальной стадии разряда. Видно, что при использовании нижнегибридных волн удалось получить пробой при более низких напряжениях на обходе тора, а также при тех же пробойных напряжениях добиться более высоких скоростей роста тока. Этот эффект ожидаем, поскольку LHCD меняет функцию распределения электронов, увеличивая долю электронов с высокой продольной скоростью.

156