Исследование потоковой скорости плазмы в открытой винтовой ловушке СМОЛА

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Физика удержания вращающейся плазмы в магнитном поле с линейной винтовой симметрией изучается в Институте ядерной физики Сибирского отделения (ИЯФ СО) РАН на открытой ловушке СМОЛА. Показателем качества удержания является потоковая скорость плазмы в системе. В работе приведено описание применяемой диагностики на основе зонда Маха в условиях незамагниченной плазмы, которая позволила определить продольную скорость течения в экспериментах. Измеренная продольная потоковая скорость составляла (0.5–5) · 106 см/с в различных режимах работы установки. Обсуждаются зависимости скорости от величины гофрировки магнитного поля. Обнаружен обратный поток запертых частиц, возвращающихся в зону удержания.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Инжеваткина

Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: a.a.inzhevatkina@inp.nsk.su
Россия, Новосибирск

И. А. Иванов

Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН

Email: a.a.inzhevatkina@inp.nsk.su
Россия, Новосибирск

В. В. Поступаев

Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН

Email: a.a.inzhevatkina@inp.nsk.su
Россия, Новосибирск

А. В. Судников

Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН

Email: a.a.inzhevatkina@inp.nsk.su
Россия, Новосибирск

М. С. Толкачёв

Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН

Email: a.a.inzhevatkina@inp.nsk.su
Россия, Новосибирск

В. О. Устюжанин

Новосибирский государственный университет

Email: a.a.inzhevatkina@inp.nsk.su
Россия, Новосибирск

Список литературы

  1. Post R.F. // Nuclear. Fusion. 1987. V. 27. № 10. Р. 1579. doi: 10.1088/0029-5515/27/10/001
  2. Simonen T.C., Anikeev A., Bagryansky P., Beklemishev A., Ivanov A., Lizunov A., Maximov V., Prikhodko V., Tsidulko Yu. // Journal of Fusion Energy. 2010. V. 29. Р. 558. doi: 10.1007/s10894-010-9342-7
  3. Endrizzi D., Anderson J.K., Brown M., Egedal J., Geiger B., Harvey R.W., Ialovega M., Kirch J., Peterson E., Petrov Y.V., Pizzo J., Qian T., Sanwalka K., Schmitz O., Wallace J., Yakovlev D., Yu M., Forest C.B. // Journal of Plasma Physics. 2023. V. 89(5). Р. 975890501. doi: 10.1017/S0022377823000806
  4. Imai T., Ichimura M., Nakashima Y., Sakamoto M., Katanuma I., Yoshikawa M., Kariya T., Hirata M., Kohagura J., Minami R., Numakura T., Ikezoe R., Oki K., Sakamoto K. // Fusion Sci. Technol. 2013. V. 63. Р. 15. doi: 10.13182/FST13-1T29
  5. Gota H., Binderbauer M.W., Tajima T., Smirnov A., Putvinski S., Tuszewski M., Dettrick S.A., Gupta D.K., Korepanov S., Magee R.M., Park J., Roche T., Romero J.A., Trask E., Yang X., Yushmanov P., Zhai K., DeHaas T., Griswold M.E., Gupta S., Abramov S., Alexander A., Allfrey I., Andow R., Barnett B., Beall M., Bolte N.G., Bomgardner E., Bondarenko A., Ceccherini F., Chao L., Clary R., Cooper A., Deng C., Dunaevsky A., Feng P., Finucane C., Fluegge D., Galeotti L., Galkin S., Galvin K., Granstedt E.M., Hubbard K., Isakov I., Kaur M., Kinley J.S., Korepanov A., Krause S., Lau C.K., Lednev A., Leinweber H., Leuenberger J., Lieurance D., Madura D., Margo J., Marshall D., Marshall R., Matsumoto T., Matvienko V., Meekins M., Melian W., Mendoza R., Michel R., Mok Y., Morehouse M., Morris R., Morton L., Nations M., Necas A., Nicks S., Nwoke G., Onofri M., Ottaviano A., Page R., Parke E., Phung K., Player G., Sato I., Schindler T.M., Schroeder J.H., Sheftman D., Sibley A., Siddiq A., Signorelli M., Slepchenkov M., Smith R.J., Snitchler G., Sokolov V., Song Y., Steinhauer L.C., Stylianou V., Sweeney J., Titus J.B., Tkachev A., Tobin M., Ufnal J., Valentine T., Van Drie A.D., Ward J., Weixel C., White C., Wollenberg M., Ziaei S., the TAE Team, Schmitz L., Lin Z., Ivanov A.A., Asai T., Baltz E.A., Dikovsky M., Heavlin W.D., Geraedts S., Langmore I., Norgaard P.C., Von Behren R., Madams T., Kast A. and Platt J.C. // Nucl. Fusion. 2021. V. 61. P. 106039. doi: 10.1088/1741-4326/ac2521
  6. Yakovlev D., Chen Z., Bagryansky P., Bragin A., Kotelnikov I., Kuzmin E., Prikhodko V., Shikhovtsev I., Usov P., Wang Z., Zeng Q., Dong L., Zhang K., Ivanov A., Yu J. // Nucl. Fusion. 2022. V. 62(1). Р. 076017. doi: 10.1088/1741-4326/ac5224
  7. Burdakov A., Azhannikov A., Astrelin V., Beklemishev A., Burmasov V., Derevyankin G., Ivanenko V., Ivanov I., Ivantsivsky M., Kandaurov I., Konyukhov V., Kotelnikov I., Kovenya V., Kozlinskaya T., Kuklin K., Kuznetsov A., Kuznetsov S., Lotov K., Timofeev I., Makarov A., Mekler K., Nikolaev V., Popov S., Postupaev V., Polosatkin S., Rovenskikh A., Shoshin A., Shvab I., Sinitsky S., Sulyaev Yu., Stepanov V., Trunyov Yu., Vyacheslavov L., Zhukov V. // Fusion Sci. Technol. 2007. V. 51. P. 106. doi: 10.13182/FST07-A1327
  8. Bagryansky P.A., Anikeev A.V., Denisov G.G., Gospodchikov E.D., Ivanov A.A., Lizunov A.A., Kovalenko Yu.V., Malygin V.I., Maximov V.V., Korobeinikova O.A. // Nuclear Fusion. 2015. V. 55. P. 053009. doi: 10.1088/0029-5515/55/5/053009
  9. Амиров В.Х., Астрелин В.Т., Багрянский П.А., Беклемишев А.Д., Бурдаков А.В., Горбовский А.И., Котельников И.А., Магоммедов Э.М., Полосаткин С.В., Поступаев В.В., Приходько В.В., Савкин В.Я., Сковородин Д.И., Солдаткина Е.И., Соломахи А.Л., Сорокин А.В., Судников А.В., Христо М.С., Черноштанов И.С., Шиянков С.В., Щербаков В.И., Яковлев Д.В. // Физика плазмы. 2023. T. 49. № 9. doi: 10.31857/S0367292123600322
  10. Postupaev V.V., Batkin V.I., Burdakov A.V., Burmasov V.S., Ivanov I.A., Kuklin K.N., Lykova Yu.A., Melnikov N.A., Mekler K.I., Nikishin A.V., Polosatkin S.V., Rovenskikh A.F., Sidorov E.N. and Skovorodin D.I. // Nucl. Fusion. 2022. V. 62. Р. 086003. https://DOI.org/10.1088/1741-4326/ac69fa
  11. Akhmetov T.D., Davydenko V.I., Ivanov A.A., Murakhtin S.V. // Plasma Physics and Technology. 2018. V. 5. № 3. P. 125. https://DOI.org/10.14311/ppt.2018.3.125
  12. Sudnikov A.V., Beklemishev A.D., Postupaev V.V., Burdakov A.V., Ivanov I.A., Vasilyeva N.G., Kuklin K.N., Sidorov E.N. // Fusion Engineering Design. 2017. V. 122. P. 85. doi: 10.1016/j.fusengdes.2017.09.005
  13. Postupaev V.V., Sudnikov A.V., Beklemishev A.D., Ivanov I.A. // Fusion Eng. Des. 2016. V. 106. Р. 29–33. https://DOI.org/10.1016/j.fusengdes.2016.03.029
  14. Beklemishev A.D. // Fusion Sci. Technol. 2013. V. 63. 1T. P. 355. doi: 10.13182/FST13-A16953
  15. Beklemishev A.D. // Phys. Plasmas. 2015. Р. 103506. doi: 10.1063/1.4932075
  16. Beklemishev A.D. // AIP Conf. Proc. 2016. V. 1771. P. 040006. doi: 10.1063/1.4964191
  17. Sudnikov A.V., Beklemishev A.D., Postupaev V.V., Ivanov I.A., Inzhevatkina A.A., Sklyarov V.F., Burdakov A.V., Kuklin K.N., Rovenskikh A.F., Melnikov N.A. // Plasma and Fusion Res. 2019. V. 14. Р. 2402023. doi: 10.1585/pfr.14.2402023
  18. Sudnikov A.V., Beklemishev A.D., Inzhevatkina A.A., Ivanov I.A., Postupaev V.V., Burdakov A.V., Glinskiy V.V., Kuklin K.N., Rovenskikh A.F., Ustyuzhanin V.O. // Journal of Plasma Physics. 2020. V. 86. № 5. Р. 905860515. doi: 10.1017/S0022377820001245
  19. Sudnikov A.V., Ivanov I.A., Inzhevatkina A.A., Larichkin M.V., Lomov K.A., Postupaev V.V., Tolkachev M.S., Ustyuzhanin V.O. // Journal of Plasma Physics. 2022. V. 88. № 1. Р. 905880102. doi: 10.1017/S0022377821001276
  20. Бурдаков А.В., Поступаев В.В. // Успехи физических наук. 2018. T. 188. С. 651–671.
  21. Burdakov A., Azhannikov A., Astrelin V., Beklemishev A., Burmasov V., Derevyankin G., Ivanenko V., Ivanov I., Ivantsivskiy M., Kandaurov I., Konyukhov V., Kotelnikov I., Kovenya V., Kozlinskaya T., Kuklin K., Kuznetsov A., Lotov K., Timofeev I., Makarov A., Mekler K., Nikolaev V., Popov S., Polosatkin S., Rovenskikh A., Shoshin A., Sinitsky S., Sulyaev Yu., Stepanov V., Trunyov Yu., Vyacheslavov L., Zhukov V. // Fusion Science and Technology. 2007. V. 51. P. 106. doi: 10.13182/FST07-A1327
  22. Инжеваткина А.А., Бурдаков А.В., Иванов И.А., Ломов К.А., Поступаев В.В., Судников А.В., Устюжанин В.О. // Физика плазмы. 2021. Т. 47. № 8. doi: 10.31857/S0367292121080059
  23. Ivanov I., Ustyuzhanin V., Sudnikov A., Inzhevatkina A. // J. Plasma Phys. 2021. V. 87. № 2. Р. 845870201. doi: 10.1017/S0022377821000131
  24. Chung K.S. // Plasma Sourс. Sci. Technol. 2012. V. 21. P. 063001. doi: 10.1088/0963-0252/21/6/063001
  25. Hudis M., Lidsky L. // Journal of Applied Physics. 1970. V. 41. P. 5011. doi: 10.1063/1.1658578
  26. Gosselin J.J., Thakur S.C., Sears S.H., McKee J.S., Scime E.E., Tynan G.R. // Physics of Plasmas. 2016. V. 23. P. 073519. doi: 10.1063/1.4954820

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема установки СМОЛА и использованные диагностики: 1 — источник плазмы, 2 — входной расширитель (зона удержания), 3 — транспортная секция, 4 — выходной расширитель, 5 — прямой соленоид, 6 — винтовая обмотка, 7 — катушки коррекции положения плазменной струи, 8 — лимитер, 9 — приемник плазмы, 10 — зондовая сборка: двойной зонд и два эмиссионных зонда, 11 — доплеровский спектрометр, 12 — зондовая сборка: зонд Маха и два эмиссионных зонда. Индивидуальные катушки показаны прямоугольниками. Тонкими линиями вблизи оси показана магнитная поверхность, опирающаяся на лимитеры

Скачать (257KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Конфигурация магнитного поля при ведущем поле в соленоиде 70 мТл и выключенном винтовом поле: красная пунктирная линия — режим с широкой струей, зеленая сплошная линия — режим с узкой струей

Скачать (39KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Распределение радиального электрического поля на Z = 2.04 м в различных конфигурация магнитного поля: красный круг – режим с широкой струей, зеленый квадрат – режим с узкой струей

Скачать (65KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Распределение плотности плазмы на Z = 2.04 м в различных конфигурация магнитного поля: красный круг – режим с широкой струей, зеленый квадрат – режим с узкой струей

Скачать (57KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Распределение плотности плазмы на Z = 2.04 м в режиме с узкой струей: красный круг – в прямом поле, синий треугольник – в винтовом поле

Скачать (55KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Схема зонда Маха на установке СМОЛА: 1 – вольфрамовая проволока, 2 – керамический капилляр, 3 – напыленный молибденовый электрод, 4 – кварцевая пластинка

Скачать (76KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Типичные осциллограммы основных сигналов: а – плазменный ток; б – напряжение, подаваемое между анодом и катодом источника плазмы, в – потенциал эмиссионного зонд, токи ионного насыщения наветренной up (тонкая красная линия) и подветренной down (толстая зеленая линия) сторон в прямом (г) и винтовом (д) магнитном полях

Скачать (149KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимость скорости потока от угла поворота зонда Маха на Z = 2.4 м и r = 1 см. Красный круг – экспериментально полученные результаты, синяя пунктирная линия – вписанная тригонометрическая функция

Скачать (55KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Модуль скорости движения плазмы в прямом (красный круг) и винтовом (синий треугольник) магнитном полях на Z = 2.4 м

Скачать (46KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Радиальная зависимость модуля скорости плазмы: красный круг – вращающийся зонд на Z = 2.40 м, зеленый квадрат – зондовая сборка на Z = 2.94 м

Скачать (55KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Радиальная зависимость угла между потоковой скоростью и ведущим магнитным полем: красный круг – вращающийся зонд в Z = 2.4 м, зеленый квадрат – зондовая сборка в Z = 2.94 м

Скачать (54KB)
Метаданные
13. Рис. 12. а – радиальная зависимость азимутальной скорости плазмы в прямом поле в выходном расширителе на Z = 4.34 м; б – радиальная зависимость потоковой скорости в прямом поле в выходном расширителе на Z = 5.3 м

Скачать (94KB)
Метаданные
14. Рис. 13. Радиальное распределение токов ионного насыщения с “наветренной” (незакрашенные) и “подветренной” (закрашенные) сторон. Синий треугольник – винтовое поле, красный круг – прямое поле

Скачать (59KB)
Метаданные
15. Рис. 14. Радиальные зависимости продольной компоненты потоковой скорости на Z = 2.94 м. Красный круг – прямое поле, синий квадрат – винтовое поле

Скачать (50KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024