08.05.2013 / 08 Бурдаков
.pdf
ЗадачиГОЛ 3 дляГДМЛЛ
ГДМЛ-Т
первая очередь ГДМЛ: многопробочная секция с источником плазмы и электронным пучком
• квазистационарный режим
• отработка технологий ГДМЛ
• испытание Т/Я материалов
цитата из выступления А.Д. Беклемишева на научной сессии-2011
•Проведение потока плазмы из плазменной пушки через гофрированное поле;
•Разработка квазистационарных электронных пучков “низкой” мощности;
•Разработка импульсно периодического пучка и эффективных схем питания;
•Спектр колебаний плазмы в ячейках и их добротность, возбуждение колебанийпаройкороткихимпульсов;
•Стимуляцияколлективногорассеянияионоввячейкахмногопробочной системыпринизкойплотности (разнымиметодами, напр. СВЧ);
•Изучениеспонтанной “баунс” турбулентности.
Пучкисплазменнымкатодомодом
Схема
катод
дуговой генератор H.V. плазмы
Параметры |
|
|
(достигнуты не одновременно) |
||
Энергия электронов |
110 кэВ |
|
Ток пучка |
100 A |
|
Длительность импульса |
1 |
мс |
Энергозапас |
4 |
кДж |
Challenges
•Сильное продольное магнитное поле
•Поток плазмы (вещества и энергии) назад
Анодный и катодный узлы
241 апертура, Øc= 2.4 мм, ØА = 4.4 мм
Источниксуб мспучканаГОЛГОЛ 33
схема эксперимента
инжектор пучка |
|
|
пучок в плазме |
|
|
|
|
|
соленоид |
|
|
|
|
положение приемника пучка |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
режим работы установки |
|
|
|
|
B, Тл |
|
|
|
Bmax = 0.2 2 Тл |
1 |
|
|
|
|
|
0 |
nD, 1020 м-3 |
|
|
nmax = 1019 1021 м3 |
|
10 |
|
|
|||
0.1 |
0 |
4 |
8 |
12 |
z, м |
|
|||||
|
Инжекцияпучкавеласьвгазообразныйдейтерий! |
|
|||
|
|
|
|
|
ИнжекцияпучкавГОЛ 3 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
Транспортировка по плазме |
Видимое и рентгеновское изображения |
|
||||||||
|
0 |
|
|
|
PL11761 |
Ta мишень после 12 м пути по плазме |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
kV |
-20 |
|
|
|
|
|
PL11821 |
|
|
|
|
U, |
-40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-60 |
|
|
|
|
, мм |
|
|
|
|
|
A |
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
Высота |
|
|
|
|
|
beam |
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
80 |
|
distance from input mirror |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
z = 1.75 m |
|
|
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, A |
80 |
|
|
|
z = 5.51 m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
net |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J |
40 |
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.5 |
|
|
|
|
||
|
0 |
|
|
|
|
ед |
гауссиан |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
80 |
|
|
|
z = 11.18 m |
, отн |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
40 |
|
|
|
|
1.5 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
Яркость. |
1 |
|
|
|
|
|
0 |
40 |
80 |
120 |
160 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t, μs |
|
|
0.5 |
|
|
|
|
|
|
~2/3 токавозвращаютсяобратно |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
0 |
-10 |
0 |
10 |
20 |
|||||
|
|
-20 |
|||||||||
|
висточникпоплазме |
|
|
Ширина, мм |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
Нагревплазмы |
|
|
|
||||
|
Давление плазмы |
|
|
|
|
|
Электронная плотность |
|||||||
|
|
Режим: ne ~ (0.5-0.9)×1020 м-3, |
|
|
(распределение по радиусу) |
|||||||||
|
|
<B> = 0.31 Тл, Ø ≈ 13.5-16 мм |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
, k |
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
60 μs |
U |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
||
60 |
|
|
|
P L 1 1 7 6 1 |
|
|
|
|
|
|
|
25 μs |
||
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
m |
2 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
19 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
1 |
|
|
n |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
0 |
|
|
z |
= 9 .8 3 m |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
/c m |
4 |
|
|
z = 7 .2 8 m |
2 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
e V |
|
|
|
|
|
1 |
m 3 |
|
|
-0.4 |
-0.2 |
0 |
0.2 |
0.4 |
1 6 |
2 |
|
|
|
|
/c |
|
|
|
|
r, cm |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
1 0 |
|
|
|
|
|
|
e V |
|
|
|
|
|
|
|
, |
0 |
|
|
|
|
0 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
1 |
• |
Средняя энергия e-i пары 100-150 эВ. |
|||||||
) |
|
|
|
|
|
|
i, 1 0 |
|||||||
i |
|
|
|
|
|
2 |
||||||||
iT |
4 |
|
|
z |
= 5 .0 2 m |
|||||||||
n |
|
|
|
|||||||||||
+ |
|
|
|
|
|
|
T |
• |
Температура по томсоновскому |
|||||
|
|
|
|
|
|
i |
||||||||
e |
|
|
|
|
|
1 |
+ n |
|||||||
T |
2 |
|
|
|
|
|||||||||
e |
|
|
|
|
|
e |
||||||||
3 /2 (n |
|
|
|
|
|
|
T |
|
рассеянию составляет 20-70 эВ. |
|||||
|
|
|
|
|
|
e |
|
|||||||
0 |
|
|
z |
= 3 .4 2 m |
0 |
n |
|
|||||||
|
4 |
|
|
2 |
|
• |
Измеряется мягкое рентгеновское |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
2 |
|
|
|
|
1 |
|
|
излучение быстрых электронов. |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
0 |
|
|
|
|
0 |
|
• После окончания пучка плазма |
||||||
|
0 |
40 |
80 |
120 |
160 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
остывает ~1 мс. |
|
|
|
|||||||
|
|
tim e , m ic ro s e c o n d s |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Вращениеплазмы
Карта возмущений магнитной поверхности
диагностика: 16 датчиковазимутальногомагнитногополя, расположенныепоокружности
цвет показывает отклонение формы от окружности: красным «холм», синим – «яма»
Angle, degrees
0
180
3600 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Time, μs |
|||
... идальшеточнотакжедо концаинжекциипучкачерез
100+ мкс
•Плазма крутится как целое с некоторым смещением от оси (мода m = 1).
•Частота вращения в ходе одного эксперимента почти постоянна.
• Найдены зависимости от параметров эксперимента: |
ω ~ n |
B |
|
−1 |
|
|
|
0 |
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
• Результат имеет прямое отношение к физике, закладываемой в ГДМЛ
Установка ГДЛ – экспериментальный стенд для исследований по ключевым задачам, решениекоторыхнеобходимодлясозданиятермоядерныхсистем различного назначения, включаяисточникинейтронов, наосновеосесимметричныхмагнитных ловушекоткрытоготипа.
|
Ключевые задачи |
|
|
1. |
Продольное |
|
|
|
удержание |
|
|
2. |
Подавление МГД |
|
|
|
неустойчивостей и |
|
|
|
поперечный |
|
|
|
транспорт |
|
|
|
|
|
3. Микронеустойчивости |
|
|
|
и удержание горячих |
|
|
|
ионов |
|
Длина |
7 м |
|
|
Магнитное поле в центре |
до 0.35 Т |
Теплая плазма |
|
в пробке |
до 15 Т |
|
|
Пробочное отношение |
до 35 |
электроны: ≈2 1013 cм3, 250 эВ; |
|
Длительность инжекции |
5 мс |
теплыеионы: ≈ 0.2 1013 cм3 |
|
Мощность пучков |
5 МВт |
Быстрыеионы (H+,D+): |
|
Энергия нейтралов |
25 кэВ |
до 5∙1013 см3, <E>≈10 кэВ, β≈0.5 |
¾ Тангенциальная инжекция атомарных пучков
|
и |
чк |
|
пу |
|
плазма
+
“Co NB”
|
|
|
и |
|
|
к |
|
|
ч |
|
|
у |
|
|
|
п |
|
|
|
Момент импульса от NBs передается плазме в направлении вращения, связанногосградиентом амбиполярногопотенциала
Ln I, a.u.
Квадрат отстройки, нм2
Максимальноезначениетемпературыэлектронов: измеренонаосив центральнойплоскостиГДЛвмоментокончанияатомарнойинжекции.
¾Температура электронов в режиме с D0 – NBI, D плазма
NBI
Придлительностиатомарнойинжекции 5 мснеудаетсядостичьстационарного состояния, максимальнаятемператураэлектронов – Te ≈ 250 Эв.
β
Оценка максимального значения плотности горячих ионов:
β = 8πnB<2 ε >,
V
β ≈ 0.6, <E>=10 кэВ
n ≈ 0.5 1014 см3
Зависимость β от полной энергии горячих ионов
(измерено при помощи пучково – спектроскопический диагностики, основаннойнадинамическомэффектеШтарка, в областиостановкигорячих ионоввцентреплазменного столба)