КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер 14-12-01007

НазваниеФизика электронно-циклотронного взаимодействия электромагнитного излучения с плазмой в крупномасштабной газодинамической ловушке

РуководительШалашов Александр Геннадиевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирская обл

Период выполнения при поддержке РНФ

2017 г. - 2018 г.

Конкурс Конкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по приоритетному направлению деятельности Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-501 - Физика высокотемпературной плазмы и УТС

Ключевые словаЭлектронный циклотронный резонанс, СВЧ нагрев плазмы, неустойчивости плазмы, открытая магнитная ловушка, гиротрон, нейтронный источник

Код ГРНТИ29.27.17

СтатусУспешно завершен

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
В проекте предлагается продолжить комплексное исследование возможностей дополнительного ЭЦ нагрева электронной компоненты плазмы в крупномасштабной открытой магнитной ловушке ГДЛ с использованием современных источников мощного мм-излучения – гиротронов. Основная энергия в плазме ГДЛ запасается в виде горячей ионной компоненты, поддерживаемой при помощи инжекции мощных атомарных пучков. Время жизни быстрых ионов в установке определяется в основном процессом их торможения при кулоновском взаимодействии с электронами, поэтому электронная температура является наиболее существенным параметром, который определяет эффективность ГДЛ и проектируемого на базе ГДЛ мощного источника термоядерных нейтронов для различных приложений. В ходе выполнения первой фазы проекта был получен принципиальный результат, определяющий перспективы данного направления исследований - в экспериментах по комбинированному нагреву плазмы нейтральными пучками и мощным микроволновым излучением были достигнуты рекордные для открытых ловушек температуры электронной компоненты плазмы в интервале от 500 эВ до 1 кэВ. В результате впервые в открытой магнитной ловушке было продемонстрировано устойчивое удержание плазмы с параметрами, требуемыми для создания мощного нейтронного источника. Несмотря на продемонстрированную возможность значительного, в 2-3 раза, увеличения электронной температуры в разрядах с дополнительным ЭЦР нагревом, среднее увеличение энергосодержания плазмы по горячим ионам (до 30%) и выхода термоядерных нейтронов (до 80%) в проведенных экспериментах оказалось существенно ниже ожидаемого изначально. Мы выделили основные причины этого несоответствия и предложили способы их устранения. Первая проблема заключается в том, что резкое и значительное увеличение электронной температуры при включении ЭЦР нагрева приводит к развитию МГД неустойчивости желобкового типа. Мы собираемся реализовать новый метод подавления этой неустойчивости. Вторая проблема связана с тем, что распределения поглощаемой СВЧ-мощности слишком локализованы в приосевой области. В проекте предлагается реализовать новый режим ЭЦР нагрева, отличающийся широким профилем поглощаемой СВЧ-мощности. Для реализации этого режима запланирована модернизации магнитной системы установки. Помимо указанных главных задач будут продолжены фундаментальные исследования физики взаимодействия СВЧ волн с плазмой в отрытых магнитных ловушках. Во-первых, это поиск и экспериментальное исследование на базе ГДЛ альтернативных механизмов резонансного СВЧ нагрева, позволяющих переходить к более плотной плазме по сравнению с реализованной на ГДЛ схемой нагрева. Во-вторых, это исследование механизмов генерации энергичных электронов и сопутствующих быстрых процессов, возникающих при СВЧ пробое и нагреве плазмы на установке ГДЛ. Под быстрыми процессами мы понимаем широкополосное импульсное излучения плазмы, высыпание частиц и вспышки рентгеновского излучения, связанные с развитием электромагнитных неустойчивостей на быстрых электронах. Третья группа задач связана с развитием новых методов диагностики электронной температуры и энергии быстрых электронов на установке ГДЛ, основанной на регистрации собственного и стимулированного излучения плазмы в ЭЦ диапазоне. Все описанные задачи являются новыми и определяющими мировой уровень исследований в области открытых ловушек. Во многом это связано с уникальностью используемой экспериментальной базы.

Ожидаемые результаты
Основные ожидаемые результаты выполнения проекта в целом. 1. Реализация стабильного разряда с рекордно высокой электронной температурой в газодинамической ловушке ГДЛ с использованием комбинированного нагрева (вводимая СВЧ мощность 0.8 МВт, вводимая за счет инжекции нейтральных атомарных пучков мощность 5 МВт). 2. Реализация стабильного разряда с высокой средней электронной температурой и почти равномерным распределением температуры поперек плазменного столба в газодинамической ловушке ГДЛ с использованием комбинированного нагрева (вводимая СВЧ мощность 0.8 МВт, вводимая за счет инжекции нейтральных атомарных пучков мощность 5 МВт). 3. Демонстрация существенного увеличения среднего времени жизни горячих ионов и связанное с этим увеличение энергосодержания быстрых ионов, вплотную подводящие экспериментальный комплекс ГДЛ к исследованию режимов с предельно высоким относительным давлением плазмы. 4. Экспериментальная апробация нового метода резонансного СВЧ нагрева высокотемпературной плазмы в открытых магнитных конфигурациях, основанного на линейной конверсии вводимого из вакуума электромагнитного излучения в квазиэлексростатические плазменные колебания. 5. Развитие фундаментальных представлений о механизмах возбуждения электромагнитных неустойчивостей неоднородной магнитоактивной плазмы при мощном резонансном ЭЦ нагреве; развитие новых методов диагностики функции распределения быстрых электронов в открытых магнитных ловушках по спектрам возбуждаемой ими волновой активности в СВЧ диапазоне. Экспериментальная демонстрация нового метода стабилизации плазмы и реализация ЭЦ нагрева плазмы с широким профилем поглощения сохранит наши позиции мирового лидера в данном направлении исследований. Вместе с уже освоенными новыми экспериментальными методиками (переход к СВЧ-пробою вместо инициации разряда плазменной пушкой, использование корректирующих катушек во входном окне для согласования СВЧ излучения с плазмой, увеличение длительности импульсов гиротронов и др.) запланированные исследования должны привести к реализации разрядов с рекордно высоким энергосодержанием захваченных быстрых ионов. Это даст возможность увеличить отношение кинетического давления плазмы к давлению магнитного поля. Ожидаемые результаты в значительной мере будут определять стратегию исследований по открытым ловушкам в ИЯФ СО РАН и, скорее всего, будут использованы другими плазменными лабораториями. В целом мы надеемся, что в перспективе наши исследования позволяет кардинально пересмотреть возможности использования магнитных ловушек открытого типа, таких как ГДЛ, тандемная или многопробочная ловушки, в термоядерных приложениях.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---