A Zero-Dimentional Model to Study Plasma Heating Efficiency and Thermal Insulation at the Globus-M Tokamak in Ohmic Heated Regimes

Abstract

Экспериментальное исследование термоизоляции плазмы в установках с магнитным удержанием является фундаментальной задачей физики плазмы, имеющей прикладное значение. В работе представлен метод обработки данных кинетических магнит-ных диагностик токамака Глобус-М, на основании которого создана расчётная программа (0-мерный код), позволяющая непо-средственно во время эксперимента (между разрядами токамака) определять основные характеристики разряда -электронный и ионный тепловой энергозапас плазмы, а также эффективный заряд и энергетическое время жизни плазмы. Получено хорошее соответствие 0-мерных расчётов с результатами моделирования разряда кодом ASTRA, что открывает возможность использо-вания разработанного подхода для рутинного применения на токамаке Глобус-М с учётом особенностей диагностического ком-плекса установки.Ключевые слова: высокотемпературная плазма, сферический токамак, удержание энергии, диагностика плазмы. Experimental study of thermal energy confinement time in magnetic-confinement devices is one of the fundamental problems in plasma physics. This work is devoted to Globus-M data processing technique that incorporates both kinetic and magnetic mea surements. Zero dimensional code was developed based on this approach. This simple code allows to calculate important discharge parameters during the experiment (between shots) -electron and ion thermal stored energy content, effective plasma charge and confinement time. Good agreement of 0d calculations and ASTRA modeling indicates that this approach can be applied for ro utine data processing at Globus-M. A ZERO-DIMENTIONAL MODEL TO STUDY PLASMA HEATING EFFICIENCY AND THERMAL INSULATION AT THE GLOBUS-M TOKAMAK IN OHMIC HEATED REGIMES ВВЕДЕНИЕИзучение эффективности удержания энергии плазмы составляет неотъемлемую часть програ м-мы исследований на современной термоядерной установке. Для проектирования как токамака -реактора, так и токамака -источника термоядерных нейтронов для гибридных систем необходима модель, позволяющая предсказывать электронную и ионную температуру в зависимости от уровня вводимой мощности нагрева и плотности плазмы. В свою очередь, для построения такой модели н е-обходимы эмпирические зависимости (скейлинги) времени удержания энергии τ E , электронной χ e и ионной χ i теплопроводности от инженерных параметров установки -тока плазмы, тороидального магнитного поля, концентрации, магнитной конфигурации плазменного шнура и др. Значения пар а-метров τ E , χ e и χ i определяются плазменной турбулентностью и могут значительно отличаться в раз-ных режимах. Для их анализа, как правило, применяются методы, основанные на моделировании процессов переноса тепла и частиц поперёк магнитного поля с помощью 1,5 -мерных кодов, таких

Spherical tokamak Globus-M2: design, integration, construction

“…The plasma stored energy W tot was estimated by the volume integration of kinetic data using the approach described in [23]. The dependences of W tot on density are presented in figure 14 on the left-hand side in comparison with the data obtained from the analysis of plasma diamagnetism.…”