Исследование турбулентного переноса в нестабилизированной плазме на периферии токамака ГОЛЕМ

  • Иракли [Irakli] Сулханович [S.] Нанобашвили [Nanobashvili]
  • Войтех [V,] Свобода [Svoboda]
  • Сулхан [Sulkhan] Ираклиевич [I.] Нанобашвили [Nanobashvili]
  • Гвидо [Guido] Ван Оост [Van Oost]
  • Иракли [Irakli] Арчилович [A.] Наскидашвили [Naskidashvili]
  • Иван [Ivan] Ясонович [Ya.] Цевелидзе [Tsevelidze]
Ключевые слова: турбулентность плазмы, процессы турбулентного переноса, когерентные турбулентные структуры, термоядерный синтез, термоядерный реактор, токамак

Аннотация

Изучен турбулентный перенос плазмы на периферии токамака ГОЛЕМ путём измерения флуктуации ионного тока насыщения (пропорциональной плотности плазмы) с помощью Ленгмюровского зонда. Стабилизация плазмы не была активирована во время изученных разрядов. В результате турбулентных процессов переноса плазмы — зарождения и передвижения различных когерентных турбулентных структур наблюдаются прерывистые всплески ионного тока насыщения. Такие процессы мешают осуществлению управляемого термоядерного синтеза — ухудшают удержание плазмы, вызывают повышенную тепловую нагрузку на стенку вакуумной камеры и другие компоненты, расположенные вблизи к плазме, а также их сильную эрозию вместе с нежелательным захватом трития. Следовательно, изучение турбулентных процессов переноса плазмы и динамики когерентных турбулентных структур — одна из важнейших задач на пути осуществления управляемого термоядерного синтеза.

Исследованы статистические и временные характеристики всплесков плотности плазмы и их радиальная зависимость, указывающие на то, что не удлинённые каплевидные когерентные структуры с близкими размерами в радиальном и полоидальном направлениях должны обеспечивать турбулентный перенос плазмы на периферии токамака ГОЛЕМ.

Сведения об авторах

Иракли [Irakli] Сулханович [S.] Нанобашвили [Nanobashvili]

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Института физики им. Э. Андроникашвили Тбилисского государственного университета им. Ив. Джавахишвили, e-mail: inanob@yahoo.com

Войтех [V,] Свобода [Svoboda]

PhD, преподаватель Чешского технического университета, Прага, e-mail: vojtech.svoboda@fjfi.cvut.cz

Сулхан [Sulkhan] Ираклиевич [I.] Нанобашвили [Nanobashvili]

доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник Института физики им. Э. Андроникашвили Тбилисского государственного университета им. Ив. Джавахишвили, e-mail: sulkhan.nanobashvili@yahoo.com

Гвидо [Guido] Ван Оост [Van Oost]

PhD, эмеритус профессор, Гентский университет, e-mail: guido.vanoost@ugent.be

Иракли [Irakli] Арчилович [A.] Наскидашвили [Naskidashvili]

программист Института физики им. Э. Андроникашвили Тбилисского государственного университета им. Ив. Джавахишвили, e-mail: naskida@gmail.com

Иван [Ivan] Ясонович [Ya.] Цевелидзе [Tsevelidze]

старший специалист Института физики им. Э. Андроникашвили Тбилисского государственного университета им. Ив. Джавахишвили, e-mail: tsevelidzeivane@gmail.com

Литература

1. Ikeda K. Progress in the ITER Physics Basis // Nuclear Fusion. 2007. V. 47(6).
2. Antar G.Y. e. a. Experimental Evidence of Intermittent Convection in the Edge of Magnetic Confinement Devices // Phys. Rev. Lett. 2001. V. 87. P. 065001
3. Antar G.Y. e. a. Turbulence Intermittency and Burst Properties in Tokamak Scrape-off Layer Available to Purchase // Phys. Plasmas. 2001. V. 8(5). Pp. 1612—1624.
4. Kirnev G.S. e. a. Intermittent Transport in the Plasma Periphery of the T-10 Tokamak // Plasma Phys. Controlled Fusion. 2004. V. 46(4). P. 621.
5. Graves J.P. e. a. Interchange Turbulence in the TCV Scrape-off Layer // Plasma Phys. Controlled Fusion. 2005. V. 48(1). P. L1.
6. Xu Y.H. e. a. On the Properties of Turbulence Intermittency in the Boundary of the TEXTOR Tokamak // Plasma Phys. Controlled Fusion. 2005. V. 47. P. 1841.
7. Filippas A.V. e. a. Conditional Analysis of Floating Potential Fluctuations at the Edge of the Texas Experimental Tokamak Upgrade (TEXT‐U) // Phys. Plasmas. 1995. V. 2. Pp. 839—845.
8. Joseph B.K. e. a. Observation of Vortex-like Coherent Structures in the Edge Plasma of the ADITYA Tokamak // Phys. Plasmas. 1997. V. 4(12). Pp. 4292—4300.
9. Carreras B.A. e. a. Fluctuation‐induced Flux at the Plasma Edge in Toroidal Devices // Phys. Plasmas. 1996. V. 3. Pp. 2664—2672.
10. LaBombard B. e. a. Cross-field Plasma Transport and Main-chamber Recycling in Diverted Plasmas on Alcator C-Mod // Nuclear Fusion. 2000. V. 40(12). Pp. 2041—2060.
11. Moyer R.A. e. a. Nonlinear Analysis of Turbulence Across the L to H Transition // Plasma Phys. Controlled Fusion. 1996. V. 38(8). P 1273.
12. Antar G.Y. e. a. Universality of Intermittent Convective Transport in the Scrape-off Layer of Magnetically Confined Devices // Phys. Plasmas. 2003. V. 10(2). Pp. 419—428.
13. Boedo J.A. e. a. Transport by Intermittency Convection in the Boundary of the DIII-D Tokamak // Phys. Plasmas. 2001. V. 8(11). Pp. 4826—4833.
14. Boedo J.A. e. a. Transport by Intermittency in the Boundary of the DIII-D Tokamak // Phys. Plasmas. 2003. V. 10. Pp. 1670—1677.
15. Shatalin S.V. e. a. Investigation of Statistical Properties of Peripheral Fluctuations During an LH Transition in the FT-2 Tokamak // Plasma Phys. Rep. 2007. V. 33. Pp. 169—178.
16. Sanchez R. e. a. Quiet-time Statistics of Electrostatic Turbulent Fluxes from the JET Tokamak and the W7-AS and TJ-II Stellarators // Phys. Rev. Lett. 2003. V. 90. P. 185005.
17. Nielsen A.H., Pesceli H.L., Rasmussen J.J. Turbulent Transport in Low‐β Plasmas // Phys. Plasmas. 1996. V. 3(5). Pp. 1530—1544.
18. Carter T.A. Intermittent Turbulence and Turbulent Structures in a Linear Magnetized Plasma // Phys. Plasmas. 2006. V. 13(1). P. 010701.
19. Windisch T., Grulke O., Klinger T. Radial Propagation of Structures in Drift Wave Turbulence // Phys. Plasmas. 2006. V. 13. P. 122303.
20. Spolaore M. e. a. Vortex-induced Diffusivity in Reversed Field Pinch Plasmas // Phys. Rev. Lett. 2004. V. 93(21). P. 215003.
21. Spolaore M. e. a. Effects of E×B Velocity Shear on Electrostatic Structures // Phys. Plasmas. 2002. V. 9(10). P. 4110.
22. Furno I. e. a. Experimental Observation of the Blob-generation Mechanism from Interchange Waves in a Plasma // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 100(5). P. 055004.
23. Katz N. e. a. Experiments on the Propagation of Plasma Filaments // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 101. P. 015003.
24. Будаев В.П., Савин С.П., Зеленый Л.М. Наблюдения перемежаемости и обобщённого самоподобия в турбулентных пограничных слоях лабораторной и магнитосферной плазмы: на пути к определению количественных характеристик переноса // Успехи Физических наук. 2011. Т. 181. № 9. С. 905—952.
25. Budaev V.P., Zelenyi L.M., Savin S.P. Generalized Self-similarity of Intermittent Plasma Turbulence in Space and Laboratory Plasmas // J. Plasma Phys. 2015. V. 81(06). P. 395810602.
26. Stöckel J. e. a. Magnetic and Electrostatic Fluctuations in the CASTOR Tokamak // Plasma Phys. Controlled Fusion. 1999. V. 41(3A). Pp. A577—A585.
27. Svoboda V. e. a. Former Tokamak CASTOR Becomes Remotely Controllable GOLEM at the Czech Technical University in Prague // Proc. of 37th EPS Conf. Plasma Phys. Dublin, 2010.
28. Nanobashvili I. e. a. About Bursty Behaviour, Coherent Structures, Wide Scrape-off Layer and Large Parallel Flows in the Edge of the Tore Supra Tokama // Czech. J. Phys 2006. V. 56. Pp. 1339—1351.
29. Nanobashvili I., Gunn J.P., Devynck P. Radial Profiles of Plasma Turbulent Fluctuations in the Scrape-off Layer of the Tore Supra Tokamak // J. Nucl. Mater. 2007. V. 363—365. Pp. 622—627.
30. Nanobashvili I. e. a. Characterization of Intermittent Bursts at the Edge of the CASTOR Tokamak // Plasma Phys. Rep. 2008. V. 34(9). Pp. 720—724..
31. Nanobashvili I. e. a. Comparative Analysis of Intermittent Burst Temporal Characteristics at the Edge of the CASTOR and Tore Supra Tokamaks // Phys. Plasmas. 2009. V. 16(2). P. 022309.
32. Нанобашвили И.С., Ван оост Гвидо. Влияние электродной поляризации и динамического эргодического дивертора на характеристики прерывистых всплесков плотности плазмы в токамаке // Вестник МЭИ. 2020. № 3. С. 17—24.
33. Devynck P. e. a. Dynamics of Turbulent Transport in the Scrape-off Layer of the CASTOR Tokamak // Phys. Plasmas. 2006. V. 13. P. 102505.
34. Itoh K. e. a. Physics of Zonal Flows // Phys. Plasmas. 2006. V. 13(5). P. 055502.
35. Garcia-Cortes I. e. a. Turbulent Transport Studies in the JET Edge Plasmas in Limiter Configuration // Plasma Phys. Controlled Fusion. 2000. V. 42. P. 389
---
Для цитирования: Нанобашвили И.С., Свобода В., Нанобашвили С.И., Ван Оост Гвидо, Наскидашвили И.А., Цевелидзе И.Я. Исследование турбулентного переноса в нестабилизированной плазме на периферии токамака ГОЛЕМ // Вестник МЭИ. 2025. № 3. С. 110—117 (публикуется на английском языке). DOI: 10.24160/1993-6982-2025-3-110-117
#
1. Ikeda K. Progress in the ITER Physics Basis. Nuclear Fusion. 2007;47(6).
2. Antar G.Y. e. a. Experimental Evidence of Intermittent Convection in the Edge of Magnetic Confinement Devices. Phys. Rev. Lett. 2001;87:065001
3. Antar G.Y. e. a. Turbulence Intermittency and Burst Properties in Tokamak Scrape-off Layer Available to Purchase. Phys. Plasmas. 2001;8(5):1612—1624.
4. Kirnev G.S. e. a. Intermittent Transport in the Plasma Periphery of the T-10 Tokamak. Plasma Phys. Controlled Fusion. 2004;46(4):621.
5. Graves J.P. e. a. Interchange Turbulence in the TCV Scrape-off Layer. Plasma Phys. Controlled Fusion. 2005;48(1):L1.
6. Xu Y.H. e. a. On the Properties of Turbulence Intermittency in the Boundary of the TEXTOR Tokamak. Plasma Phys. Controlled Fusion. 2005;47:1841.
7. Filippas A.V. e. a. Conditional Analysis of Floating Potential Fluctuations at the Edge of the Texas Experimental Tokamak Upgrade (TEXT‐U). Phys. Plasmas. 1995;2:839—845.
8. Joseph B.K. e. a. Observation of Vortex-like Coherent Structures in the Edge Plasma of the ADITYA Tokamak. Phys. Plasmas. 1997;4(12):4292—4300.
9. Carreras B.A. e. a. Fluctuation‐induced Flux at the Plasma Edge in Toroidal Devices. Phys. Plasmas. 1996;3:2664—2672.
10. LaBombard B. e. a. Cross-field Plasma Transport and Main-chamber Recycling in Diverted Plasmas on Alcator C-Mod. Nuclear Fusion. 2000;40(12):2041—2060.
11. Moyer R.A. e. a. Nonlinear Analysis of Turbulence Across the L to H Transition. Plasma Phys. Controlled Fusion. 1996;38(8). P 1273.
12. Antar G.Y. e. a. Universality of Intermittent Convective Transport in the Scrape-off Layer of Magnetically Confined Devices. Phys. Plasmas. 2003;10(2):419—428.
13. Boedo J.A. e. a. Transport by Intermittency Convection in the Boundary of the DIII-D Tokamak. Phys. Plasmas. 2001;8(11):4826—4833.
14. Boedo J.A. e. a. Transport by Intermittency in the Boundary of the DIII-D Tokamak. Phys. Plasmas. 2003;10:1670—1677.
15. Shatalin S.V. e. a. Investigation of Statistical Properties of Peripheral Fluctuations During an LH Transition in the FT-2 Tokamak. Plasma Phys. Rep. 2007;33:169—178.
16. Sanchez R. e. a. Quiet-time Statistics of Electrostatic Turbulent Fluxes from the JET Tokamak and the W7-AS and TJ-II Stellarators. Phys. Rev. Lett. 2003;90:185005.
17. Nielsen A.H., Pesceli H.L., Rasmussen J.J. Turbulent Transport in Low‐β Plasmas. Phys. Plasmas. 1996;3(5):1530—1544.
18. Carter T.A. Intermittent Turbulence and Turbulent Structures in a Linear Magnetized Plasma. Phys. Plasmas. 2006;13(1):010701.
19. Windisch T., Grulke O., Klinger T. Radial Propagation of Structures in Drift Wave Turbulence. Phys. Plasmas. 2006;13:122303.
20. Spolaore M. e. a. Vortex-induced Diffusivity in Reversed Field Pinch Plasmas. Phys. Rev. Lett. 2004;93(21):215003.
21. Spolaore M. e. a. Effects of E×B Velocity Shear on Electrostatic Structures. Phys. Plasmas. 2002;9(10):4110.
22. Furno I. e. a. Experimental Observation of the Blob-generation Mechanism from Interchange Waves in a Plasma. Phys. Rev. Lett. 2008;100(5):055004.
23. Katz N. e. a. Experiments on the Propagation of Plasma Filaments. Phys. Rev. Lett. 2008;101:015003.
24. Budaev V.P., Savin S.P., Zelenyy L.M. Nablyudeniya Peremezhaemosti i Obobshchennogo Samopodobiya v Turbulentnykh Pogranichnykh Sloyakh Laboratornoy i Magnitosfernoy Plazmy: na Puti k Opredeleniyu Kolichestvennykh Kharakteristik Perenosa. Uspekhi Fizicheskikh Nauk. 2011;181;9:905—952. (in Russian).
25. Budaev V.P., Zelenyi L.M., Savin S.P. Generalized Self-similarity of Intermittent Plasma Turbulence in Space and Laboratory Plasmas. J. Plasma Phys. 2015;81(06):395810602.
26. Stöckel J. e. a. Magnetic and Electrostatic Fluctuations in the CASTOR Tokamak. Plasma Phys. Controlled Fusion. 1999;41(3A):A577—A585.
27. Svoboda V. e. a. Former Tokamak CASTOR Becomes Remotely Controllable GOLEM at the Czech Technical University in Prague. Proc. of 37th EPS Conf. Plasma Phys. Dublin, 2010.
28. Nanobashvili I. e. a. About Bursty Behaviour, Coherent Structures, Wide Scrape-off Layer and Large Parallel Flows in the Edge of the Tore Supra Tokama. Czech. J. Phys 2006;56:1339—1351.
29. Nanobashvili I., Gunn J.P., Devynck P. Radial Profiles of Plasma Turbulent Fluctuations in the Scrape-off Layer of the Tore Supra Tokamak. J. Nucl. Mater. 2007;363—365:622—627.
30. Nanobashvili I. e. a. Characterization of Intermittent Bursts at the Edge of the CASTOR Tokamak. Plasma Phys. Rep. 2008;34(9):720—724..
31. Nanobashvili I. e. a. Comparative Analysis of Intermittent Burst Temporal Characteristics at the Edge of the CASTOR and Tore Supra Tokamaks. Phys. Plasmas. 2009;16(2):022309.
32. Nanobashvili I.S., Van oost Gvido. Vliyanie Elektrodnoy Polyarizatsii i Dinamicheskogo Ergodicheskogo Divertora na Kharakteristiki Preryvistykh Vspleskov Plotnosti Plazmy v Tokamake. Vestnik MEI. 2020;3:17—24. (in Russian).
33. Devynck P. e. a. Dynamics of Turbulent Transport in the Scrape-off Layer of the CASTOR Tokamak. Phys. Plasmas. 2006;13:102505.
34. Itoh K. e. a. Physics of Zonal Flows. Phys. Plasmas. 2006;13(5):055502.
35. Garcia-Cortes I. e. a. Turbulent Transport Studies in the JET Edge Plasmas in Limiter Configuration. Plasma Phys. Controlled Fusion. 2000;42:389
---
For citation: Nanobashvili I.S, Svoboda V., Nanobashvili S.I., Van Oost G., Naskidashvili I.A., Tsevelidze I.Ya. Investigation of Turbulent Transport in Non-Stabilized Plasma at the Edge of the GOLEM Tokamak. Bulletin of MPEI. 2025;3:110—117. (in English). DOI: 10.24160/1993-6982-2025-3-110-117
Опубликован
2025-02-27
Раздел
Ядерные энергетические установки, топливный цикл, радиационная безопасность (технические науки) (2.4.9)