Effect of Noble Gas Injection on Discharge Disruption in T-10 Tokamak

Abstract

Cрывы разряда в крупных токамаках и будущих реакторах являются серьёзной проблемой, ограничивающей срок их службы. Представлены результаты исследований влияния напуска благородных газов на динамику развития срыва разряда в токамаке Т-10. Срывы разряда вызывались разными способами: наращиванием плотности плазмы до предельной и/или инжекцией дейтериевой или примесной (углеродной) макрочастицы. Инжекция благородных газов (гелия, аргона или ксенона) проводилась как в стационарной стадии для инициации срыва разряда, так и во время спада тока. Обнаружено, что спад тока при срыве разряда в Т-10 происходит в две фазы (медленную и быструю), отличающиеся существенно разным характерным временем. Инжекция дейтериевых макрочастиц при параметрах имеющегося инжектора не влияет на динамику спада тока, а массивный напуск благородных газов при выcоком давлении приводит к переходу спада тока из медленной фазы в быструю и инициации вторичных МГД-возмущений во время не слишком быстрого спада тока, а также к подавлению пучка ускоренных электронов.Ключевые слова: срыв разряда, инжекция макрочастиц, массивный напуск газов, МГД-возмущение, ускоренные электроны, подавление.Discharge disruptions in large tokamaks and future reactors constitute а serious problem limiting their lifetime. Results of investigation of noble gas injection effects on discharge disruption in T-10 tokamak are presented. Disruptions were initiated by different methodsdensity rump-up to the limit level and/or injection of deuterium or impurity (carbon) pellet. Injection of noble gases (He, Ar, Xe) was produced both during steady state and current quench phase of discharge disruption. It was found that current quench during discharge disruption develops in two phases (slow and fast) which differs by a considerably unlike time scales. Injection of deuterium pellet don't change the current quench behavior at parameters provided by available injector, and noble gas puffing by high pressure jets (massive gas injection -MGI) can transfer current quench from slow to fast phase during the phase of not too fast current rump-down and suppress runaway electron beam formation. ВВЕДЕНИЕCрывы разряда представляют собой серьёзную проблему для крупных токамаков, причём не только для современных установок, но даже в большей степени для ИТЭР и будущих реакторов. Срывы являются сложным процессом, в развитии которого можно выделить две основных стадии -резкое уменьшение температуры и энергосодержания плазмы (тепловой спад) и спад тока разряда. На первой стадии главным неблагоприятным фактором является сильно неравномерное поступление тепловых потоков в дивертор и на компоненты, обращённые к плазме, сопровождаемое перегревом и повреждением участков их поверхности, на второй -большие электромагнитные нагрузки на проводящие конструкционные элементы и развитие пучков убегающих электронов (УЭ) [1]. В крупных токамаках энергия этих электронов может достигать нескольких десятков МэВ, и они могут переносить значительную долю разрядного тока, так что попадание такого пучка на компоненты, обращён...