Первые Эксперименты По Контр-Инжекции Атомов Высокой Энергии На Токамаке Глобус-М

Abstract

Впервые на токамаке Глобус-М проведены эксперименты по контр-инжекции атомов высокой энергии. Получен режим улучшенного удержания без неустойчивостей, локализованных на периферии. В то же время при контр-инжекции не обнаружено значительного роста ионной температуры и энергосодержания плазмы, что объясняется высоким уровнем потерь быстрых ионов. Увеличение тока плазмы и расстояния плазма−стенка не привело к повышению эффективности нагрева плазмы с помощью нейтральной инжекции, как это происходило в экспериментах с ко-инжекцией. DOI: 10.21883/JTF.2017.12.45203.2273 Введение Инжекция атомов высокой энергии по направлению тока плазмы (ко-инжекция) широко применяется на современных токамаках из-за низких потерь вводимой мощности и эффективной генерации токов увлечения. Тем не менее нейтральная инжекция (НИ) навстре-чу току плазмы (контр-инжекция) также представля-ет интерес, поскольку может быть использована для получения режима улучшенного удержания (H-моды) без неустойчивостей, локализованных на периферии (ELM -edge localized mode), приводящих к импульс-ной нагрузке на элементы внутренних конструкций тока-мака и вызывающих их быструю эрозию [1]. В частности, контр-инжекция позволяет получить так называемый спокойный режим улучшенного удержания (quiescent H-моду) [2], в котором отсутствуют неустойчивости типа ELM, не происходит накопления примесей, а H-фактор выше, чем при применении ко-инжекции. Исследования также показали, что контр-инжекция обладает рядом других преимуществ, таких как пониженный порог по плотности при переходе в H-моду. На токамаке Туман-3М при использовании контр-инжекции нижний порог H-моды по плотности составлял 0.5 · 10 19 m −3 , что в 2.5 раза ниже, чем в омическом режиме и в режиме с ко-инжекцией [3]. Другим преимуществом применения контр-инжекции является то, что она поз-воляет создавать сильное вращение плазмы, подав-ляющее резистивную моду, стабилизируемую стенкой (resistive wall mode). Так, на токамаке MAST вращение плазмы, создаваемое с помощью контр-инжекции ато-мов, превосходило вращение, создаваемое с помощью ко-инжекции [4].В то же время необходимо отметить, что контр-инжек-ция атомов высокой энергии на сферических токамаках мало исследована. В первую очередь это связано с тем, что в мире существовало всего четыре сферических токамака, оборудованных инжекторами атомов высокой энергии -NSTX, MAST, Глобус-М и START (установка разобрана). Эксперименты на токамаках START и MAST показали, что высокие потери вводимой мощности, ха-рактерные для НИ на сферических токамаках, значи-тельно возрастают при применении контр-инжекции и достигают 97% [5] и 50−80% [6] соответственно. Если на токамаке START при применении контр-инжекции не было замечено существенного улучшения удержания плазмы по сравнению с омическим режимом, то на токамаке MAST удержание плазмы значительно улуч-шалось, а H-фактор был в 2 раза выше, чем при ко-инжекции. В настоящей статье описаны результаты первых экспериментов по контр-инжекции на токамаке Глобус-М. Условия проведения эксперимента и используемые методыЭксперименты...