Влияние электродной поляризации и динамического эргодического дивертора на характеристики прерывистых всплесков плотности плазмы в токамаке
Аннотация
Изучены прерывистые всплески плотности плазмы, зафиксированые Ленгмюровскими зондами в периферийной области токамака TEXTOR. Они появляются в результате турбулентных процессов переноса плазмы — зарождения и передвижения различных когерентных турбулентных структур. Данные процессы мешают протеканию управляемого термоядерного синтеза — ухудшают удержание плазмы, вызывают повышенную тепловую нагрузку на стенку вакуумной камеры и другие компоненты, расположенные вблизи плазмы, 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, особенно в контексте разработки и усовершенствования методов внешнего контроля турбулентных процессов переноса плазмы. Метод электродной поляризации и динамический эргодический дивертор часто используются для внешнего воздействия на термоядерную плазму и управления процессов турбулентного переноса. Следует отметить, что изучение временных характеристик всплесков плотности плазмы и их радиальной зависимости позволяет лучше понять и глубже вникнуть в физическую природу турбулентных процессов переноса плазмы и динамику когерентных турбулентных структур.
В настоящей работе временные характеристики всплесков плотности плазмы и их радиальная зависимость изучены в двух различных режимах — с электродной поляризацией и динамическим эргодическим дивертором. В обоих случаях наблюдаются похожие изменения характеристик прерывистых всплесков — средний темп всплесков возрастает, а их средняя длительность уменьшается по сравнению с омическим режимом. Причина заключается в том, что электродная поляризация и отдельные режимы динамического эргодического дивертора вызывают изменения радиального электрического поля. Это похожим образом воздействует на динамику когерентных турбулентных структур и процессы переноса плазмы посредством сдвигового полоидального течения, которое возникает вследствие электрического дрейфа из-за существования радиального электрического и тороидального магнитного полей, перпендикулярных друг к другу.
После детального исследования и усовершенствования должно стать возможным применение определённых режимов динамического эргодического дивертора в роли бесконтактной поляризации для внешнего контроля турбулентного переноса плазмы в термоядерных установках.
Литература
2. Nanobashvili I. et. al. About Bursty Behaviour, Coherent Structures, wide Scrape-off Layer and Large Parallel Flows in the Edge of the Tore Supra Tokamak // Czech. J. Phys. 2006. V. 56. Pp. 1339—1351.
3. Nanobashvili I., Gunn J., 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. P. 622.
4. Nanobashvili I. et. al. Characterization of Intermittent Bursts at the Edge of the CASTOR Tokamak // Plasma Phys. Rep. 2008. V. 34. P. 720—724.
5. Weynants R.R. et. al. Confinement and Profile Chan-ges Induced by the Presence of Positive or Negative Radial Electric Fields in the Edge of the TEXTOR Tokamak // Nucl. Fusion. 1992. V. 32. No. 5. Pp. 837—854.
6. Finken K.H. et. al. The Dynamic Ergodic Divertor in the TEXTOR Tokamak: Plasma Response to Dynamic Helical Magnetic Field Perturbations // Plasma Phys. Control. Fusion. 2004. V. 46. No. 128. Pp. 143—156.
7. Xu Y. et. al. Influence of the Static Dynamic Ergodic Divertor on Edge Turbulence Properties in TEXTOR // Phys. Rev. Lett. 2006. V. 97 (16). P. 165003.
8. Xu Y. et. al. Edge Turbulence During the Static Dynamic Ergodic Divertor Experiments in TEXTOR // Nucl. Fusion. 2007. V. 47. Pp. 1696—1709.
9. Stangeby P.C., McCracken G.M. Plasma Boundary Phenomena in Tokamaks // Nucl. Fusion. 1990. V. 30. No. 7. Pp. 1225—1379.
10. Antar G.Y. et. al. Experimental Evidence of Intermittent Convection in the Edge of Magnetic Confinement Devices // Phys. Rev. Lett. 2001. V. 87. P. 065001.
11. Antar G.Y., Devynck P., Garbet X., Luckhardt S.C. Turbulence Intermittency and Burst Properties in Tokamak Scrape-off Layer // Phys. Plasmas. 2001. V. 8 (5). Pp. 1612—1624.
12. Kirnev G.S., Budaev V.P., Grashin S.A., Gerasimov E.V., Khimchenko L.N. Intermittent Transport in the Plasma Periphery of the T-10 Tokamak // Plasma Phys. Control. Fusion. 2004. V. 46 (4). Pp. 621—624.
13. Graves J.P., Horacek J., Pitts R.A., Hopkraft K.I. Self-similar Density Turbulence in the TCV Tokamak Scrape-off Layer // Plasma Phys. Control. Fusion. 2005. V. 47 (3). L. 1.
14. Xu Y.H., Jachmich S., Weynants R.R. On the Properties of Turbulence Intermittency in the Boundary of the TEXTOR Tokamak // Plasma Phys. Control. Fusion. 2005. V. 47 (10). P. 1841.
15. Maqueda R.J. et. al. Edge Turbulence Measurements in NSTX by Gas Puff Imaging // Rev. Sci. Instrum. 2001. V. 72 (1). Pp. 931—934.
16. Zweben S.J. еt. аl. Edge Turbulence Imaging in the Alcator C-Mod Tokamak // Phys. Plasmas. 2002. V. 9. P. 1981.
17. Terry J.L. et. al. Observations of the Turbulence in the Scrape-off-layer of Alcator C-Mod and Comparisons with Simulation // Phys. Plasmas 2003. V. 10. P. 1739—1747.
18. Filippas A.V. еt. аl. Conditional Analysis of Floating Potential Fluctuations at the Edge of the Texas Experimental Tokamak Upgrade (TEXT‐U) // Phys. Plasmas. 1995. V. 2 (3). Pp. 839—845.
19. Joseph B.K. et. al. Observation of Vortex-like Coherent Structures in the Edge Plasma of the ADITYA Tokamak // Phys. Plasmas. 1997. V. 4 (12). Pp. 4292—4300.
20. Carreras B.A. et. al. Fluctuation‐induced Flux at the Plasma Edge in Toroidal Devices // Phys. Plasmas. 1996. V. 3 (7). Pp. 2664—2672.
21. LaBombard B. et. al. Cross-field Plasma Transport and Main-Chamber Recycling in Diverted Plasmas on Alcator C-Mod // Nucl. Fusion. 2000. V. 40 (12). P. 2041—2094.
22. Moyer R.A., Lehmer R.D., Evans T.E., Conn R.W., Schmitz L. Nonlinear Analysis of Turbulence Across the L to H transition // Plasma Phys. Controlled Fusion. 1996. V. 38. No. 8. Pp. 1273—1278.
23. Antar G.Y., Cousnell G., Yu Y., LaBombard B., Devynck P. Universality of Intermittent Convective Transport in the Scrape-off Layer of Magnetically Confined Devices // Phys. Plasmas. 2003. V. 10. P. 419.
24. Boedo J.A. еt. аl. Transport by Intermittent Convection in the Boundary of the DIII-D Tokamak // Phys. Plasmas. 2001. V. 8. Pp. 4826—4833.
25. Boedo J.A. еt. аl. Transport by Intermittency in the Boundary of the DIII-D Tokamak // Phys. Plasmas. 2003. V. 10. No. 5. Pp. 1670—1677.
26. Shatalin S.V., Pavlov A.V., Popov A.Yu., Lashkul S.I., Esipov L.A. Investigation of Statistical Properties of Peripheral Fluctuations During an L-H Transition in the FT-2 Tokamak // Plasma Phys. Rep. 2007. V. 33. Pp. 169—178.
27. Sanchez R., Van Milligen B.Ph., Newman D.E., Carreras B.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. No. 18. P. 185005.
28. Nielsen A.H., Pesceli H.L., Rasmussen J.J. Turbulent Transport in low‐β plasmas // Phys. Plasmas. 1996. V. 3 (5). Pp. 1530—1544.
29. Carter T.A. Intermittent Turbulence and Turbulent Structures in a Linear Magnetized Plasma // Phys. Plasmas. 2006. V. 13 (1). P. 010701.
30. Windisch T., Grulke O., Klinger T. Radial Propagation of Structures in Drift Wave Turbulence // Phys. Plasmas. 2006. V. 13. P. 122303.
31. Spolaore M. et. al. Vortex-induced Diffusivity in Reversed Field Pinch Plasmas // Phys. Rev. Lett. 2004. V. 93. P. 215003.
32. Spolaore M. et. al. Effects of E×B Velocity Shear on Electrostatic Structures // Phys. Plasmas. 2002. V. 9 (10). Pp. 4110—4113.
33. Furno I. еt. аl. Experimental Observation of the Blob-Generation Mechanism from Interchange Waves in a Plasma // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 100. P. 055004.
34. Katz N., Egedal J., Fox W., Le A., Porkolab M. Experiments on the Propagation of Plasma Filaments // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 101. P. 015003.
35. Van Oost G. et. al. Multi-machine Studies of the Role of Turbulence and Electric Fields in the Establishment of Improved Confinement in Tokamak Plasmas // Plasma Phys. Control. Fusion. 2007. V. 49. No. 5. Pp. 29—44.
36. Hron M. еt. аl. Edge Turbulence at Plasma Polarization on the CASTOR Tokamak // Czech. J. Phys. 1999. V. 49. No. 3. P. 181.
37. Stöckel J. et. al. Fluctuation Studies at Plasma Polarization on the CASTOR Tokamak // Research and Appl. Plasmas. 2000. V. 41. P. 49.
38. Beyer P., Garbet X., Benkadda S., Ghendrih P., Sarazin Y. Electrostatic Turbulence and Transport with Stochastic Magnetic Field Lines // Plasma Phys. Control. Fusion. 2002. V. 44. Pp. 2167—2175.
39. Devynck P. et. al. Edge turbulence During Ergodic Divertor Operation in Tore Supra // Nucl. Fusion. 2002. V. 42 (6). P. 697.
---
Для цитирования: 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. (in English). DOI: 10.24160/1993-6982-2020-3-17-24.
