Energy confinement time of a plasma as a function of the discharge parameters in Tokamak-3

Abstract

The authors investigate the thermal insulation of plasmas in Tokamak-3, taking as thermal insulation parameter the energy confinement time ofthe plasma τE and relating it to the discharge parameters: the stabilizing magnetic field Hz, the charged particle density ne and the discharge current I. It is found that for ne ≥ 2 × l013 cm−3 τE is virtually independent of Hz, for ne = (l-5) × 1013 cm−3 τE increases somewhat with ne and in proportion to I. The experimental results fit the empirical formula τE∼a2Hφ.

V. D. Shafranov and Tokamaks

“…The data from the T-3 tokamak was processed using a system of three equations: two Shafranov’s plasma equilibrium equations for the major and minor radii directions and the energy balance equation for the plasma. The following values were measured: plasma current , loop voltage , the diamagnetic flux and the plasma shift in the major radius direction, (Mirnov 1969; Gorbunov, Mirnov & Strelkov 1970). The unknowns were: the thermal energy of the plasma , the magnetic energy and the input power , which was in fact related to the average electrical conductivity .…”

V.D. Shafranov, in the Years of Tokamak Formation

“…В качестве первого шага предстояло найти его феноме-нологические зависимости от основных исходных параметров разряда, задаваемых извне: тороидального магнитного поля В Т , плотности плазмы n e , тока разряда J p . Такая работа была впервые проведена на Т-3, где удалось объединить вместе измерения тока J p (t) с напряжением на разъёме кожуха V(t), диамагне-тизмом и измерениями смещения шнура Δ R 0 (t) [16,17].…”

“…Мирнова и В.С. Стрелкова в журнале Nuclear Fusion [17]. Сегодня, когда известен «правильный феноменологический скейлинг», принятый для ИТЭРа, -τ E,98 ~ R 1,7 а 1,2 B р n 0,4 0,6 H P  [20], где P H -мощность нагрева плазмы, мало меняв-шаяся в наших экспериментах, следует констатировать, что этот исходный GMS-скейлинг практически предвосхитил «правильный», установленный через 30 лет после него.…”

Thermonuclear Power Engineering: 60 Years of Investigations. What Next?

“…Это означа-ло, что ток в плазме не должен превышать некой критической величины, определяемой условием Крускала-Шафранова [10,11]; -в макроскопически устойчивом плазменном шнуре аномально большие потери тепла из плазмы были связаны не с потерей частиц, а с потерей квантов, т.е. с радиационными потерями [12]; -оказалось, что постоянные или медленно меняющиеся во времени сла-бые магнитные поля, перпендикулярные основному тороидальному магнитному полю, приводят к смещению равновесно-го положения шнура относительно цен-тра камеры и росту потерь энергии из плазмы [13]; -в отличие от опытов на стелларато-рах термоизоляция плазмы в токамаке росла с ростом температуры электронов [14][15][16];…”