Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Построена теоретическая модель рассеяния микроволнового излучения на флуктуациях плотности плазмы с энергичными ионами в открытой магнитной ловушке. Модель учитывает вклад в рассеяние фоновой плазмы с максвелловскими электронами и ионами, гиротропию, наведенную внешним магнитным полем, и вклад быстрых ионов с пространственно-неоднородной сильно-анизотропной функцией распределения по скоростям, вычисляемой с помощью нестационарного баунс-усредненного Фоккер-Планковского кода DOL [D V Yurov et al., Plasma Phys. Rep. 42, 210 (2016)]. С помощью многолучевого геометрооптического кода проведено моделирование различных вариантов диагностики быстрых ионов методом коллективного рассеяния (CTS) излучения 54.5 ГГц гиротрона для установки ГДЛ (ИЯФ СО РАН, Новосибирск). Выбрана геометрия рассеяния, позволяющая измерять две одномерные функции распределения энергичных ионов: по поперечным и по продольным по отношению к внешнему магнитному полю скоростям. Рассчитаны ожидаемые параметры CTS сигнала с учетом сильной рефракции зондирующего излучения; найдены ограничения на режимы работы установки ГДЛ, необходимые для надежной работы CTS диагностики. Проведено моделирование планируемого физического эксперимента, раскрывающего возможности новой диагностики. Эти результаты изложены в [1]. Экспериментально исследованы уровень СВЧ шумов внутри разрядной камере в CTS-диапазоне в разных режимах работы ГДЛ и спектр излучения гиротрона, который предполагается использовать в качестве источника зондирующего излучения. Спроектирована квазиоптическая система ввода мощного излучения гиротрона в центральную область ГДЛ. Разработан комплекс приемной аппаратуры для системы регистрации коллективного рассеяния на установке ГДЛ. Публикации. [1] http://arxiv.org/abs/1912.03521

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Для выбранных на первом этапе проекта геометрий рассеяния CTS-I и CTS-II на установке ГДЛ рассчитаны ожидаемые параметры сигнала коллективного рассеяния зондирующего излучения 54.5 ГГц гиротрона с учетом реалистичной функции распределения быстрых ионов и сильной рефракции зондирующего и рассеянного излучения в относительно плотной плазме установки ГДЛ [1]. Найдены уточненные ограничения на режимы работы установки ГДЛ, необходимые для надежной работы диагностики быстрых ионов методом коллективного рассеяния, и выработана методика проведения и сценарии будущего эксперимента. Реализована квазиоптическая электродинамическая модель для расчета интеграла перекрытия микроволновых пучков со сложным (негауссовым) распределением поля по поперечному сечению в геометрии коллективного рассеяния. Предложена методика восстановления двумерной функции распределения горячих ионов по поперечным и продольным по отношению к магнитному полю скоростям по спектрам рассеянного микроволнового излучения в плазме открытой магнитной ловушки [2]. Завершена разработка комплекса приемной аппаратуры для проведения эксперимента по CTS диагностике функции распределения быстрых ионов на установке ГДЛ. Разработаны дополнительные элементы трассы зондирующего излучения, система фокусировки зондирующего излучения, системы фокусировки рассеянного излучения на антенну в геометрии CTS-I и CTS-II. Публикации результатов проекта: [1] A. G. Shalashov, E. D. Gospodchikov, T. A. Khusainov, L. V. Lubyako, O. B. Smolyakova, A. L. Solomakhin. Collective Thomson scattering diagnostic for the GDT open magnetic trap. Plasma Phys. Control. Fusion. Vol. 62, p. 065010 (2020) https://doi.org/10.1088/1361-6587/ab83cc [2] Е. Д. Господчиков, Т. А. Хусаинов, А. Г. Шалашов. О восстановлении двумерной функции распределения ионов в пробкотроне по измерениям спектров коллективного томсоновского рассеяния. Электронный препринт. https://www.researchgate.net/publication/346682052 DOI: 10.13140/RG.2.2.20823.91047. Направлено в «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ» (2020) Официальный пресс-релиз: http://www.inp.nsk.su/press/novosti/22064-novyj-eksperiment-uluchshit-ponimanie-raboty-prototipa-nejtronnogo-istochnika Публикации в СМИ: Интерфакс: https://www.interfax-russia.ru/siberia/news/novosibirskie-i-nizhegorodskie-fiziki-prozondiruyut-vysokotemperaturnuyu-plazmu-mikrovolnovym-izlucheniem Индикатор: https://indicator.ru/physics/ponimanie-raboty-prototipa-istochnika-neitronov-13-05-2020.htm Наука в Сибири: http://www.sbras.info/news/novyi-eksperiment-uluchshit-ponimanie-raboty-prototipa-neitronnogo-istochnika

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Построена теория рассеяния микроволновых пучков с конечной апертурой на флуктуациях плотности в неоднородной магнитоактивной плазме, основанная на обобщении электродинамической теоремы взаимности и формализме функций Вигнера, характеризующих неоднородные в пространстве распределения зондирующего поля и поля приемной антенны. В результате реализован код, позволяющий в рамках последовательного квазиоптического приближения рассчитывать спектральную плотность рассеянного сигнала для микроволновых пучков со сложным (негауссовым) распределением поля по поперечному сечению в геометрии коллективного рассеяния с учетом специфики открытой магнитной ловушки. С помощью численного моделирования показано, что в экспериментах по коллективному рассеянию на установке ГДЛ могут проявляться «тонкие» эффекты уширения спектра рассеяния за счет неоднородности поля [1]. Найдены уточненные ограничения на режимы работы установки ГДЛ и приемной аппаратуры, необходимые для надежной работы диагностики быстрых ионов методом коллективного рассеяния [2]. Проведена сборка, наладка и тестирование диагностической системы для регистрации спектров рассеяния микроволнового излучения на установке ГДЛ [2-4]. Полностью подготовлен к эксперименту канал диагностики в геометрии CTS I (верхний порт). В экспериментах на ГДЛ отработаны методика сведения зондирующего и рассеянного СВЧ пучков в пространстве и методика калибровки системы регистрации рассеянного излучения по эталонному СВЧ источнику. С помощью новой диагностики были проведены измерения спектров шумов гиротрона и плазмы в полосе анализа рассеянного излучения. Новые публикации по результатам проекта: [1] А. Г. Шалашов, Т. А. Хусаинов, Е. Д. Господчиков. О рассеянии микроволновых пучков с конечной апертурой на флуктуациях плотности в неоднородной магнитоактивной плазме. Физика плазмы (принята к публикации 2021) [2] A. G. Shalashov, E. D. Gospodchikov, T. A. Khusainov, L. V. Lubyako, A. L. Solomakhin, M. E. Viktorov. Development of fast-ion collective Thomson scattering diagnostics for the GDT experiment. Journal of Instrumentation, Vol. 16, P07007 2021 [DOI:10.1088/1748-0221/16/07/P07007] [3] Лубяко Л. В., Шалашов А. Г., Андриянов А. Ф., Божков В. Г., Господчиков Е. Д., Дорожкина Д. С. Комплекс приемной аппаратуры для регистрации спектров коллективного томсоновского рассеяния на установке ГДЛ. Изв. вузов: Радиофизика Т. 64, № 5. С. 373–383. [DOI:10.52452/00213462_2021_64_05_373] [4] E.D. Gospodchikov, A.G. Shalashov, L.V. Lubyako, A.L.Solomakhin, M. E. Viktorov, T.A. Khusainov, O.B. Smolyakova, V.V. Prikhodko, P.A. Bagryansky. Feasibility study of collective Thomson scattering diagnostic of fast ion distribution function for the GDT experiments. ECA Vol. 45A, P3.1009 [5] Е. Д. Господчиков, Т. А. Хусаинов, А. Г. Шалашов. О восстановлении двумерной функции распределения ионов в пробкотроне по измерениям спектров коллективного томсоновского рассеяния. Физика плазмы, том 47, № 6, с. 483–498 (2021) [DOI: 10.31857/S0367292121060056]

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
С использованием методики, предложенной в [1], проведено квазиоптическое моделирование актуальных схем реализации диагностики коллективного рассеяния излучения 54.5 ГГц гиротрона на установке ГДЛ, позволившее учесть эффекты рефракции СВЧ излучения в неоднородной плазме при подготовке и интерпретации экспериментов. В дополнение к двум реализованным в ходе выполнения проекта схемам была предложена новая геометрия рассеяния, в которой возможно существенное улучшение пространственного разрешения и чувствительности CTS диагностики за счет регистрации рассеяния из области каустики, формирующейся при отражении СВЧ излучения от области плотной плазмы. В рамках улучшенной квазиоптической модели дано объяснение эффекта бифуркации двух режимов электронного циклотронного нагрева высокотемпературной плазмы с «узким» и «широким» профилем энерговклада [2]. Разрабатываемая в рамках проекта система регистрации спектров коллективного рассеяния микроволнового излучения для крупномасштабной магнитной ловушки ГДЛ введена в эксплуатацию. Диагностический комплекс включает в себя мощный 450 кВ / 54.5 ГГц гиротрон в качестве источника зондирующего излучения, два независимых высокочувствительных радиометра диапазона 54.47±0.55 ГГц для одновременной регистрации рассеянного излучения в «ортогональных» геометриях, систему защиты входных цепей приемников от излучения гиротрона на базе прецизионных режекторных фильтров, квазиоптические системы фокусировки зондирующего и рассеянного излучения, систему сбора и обработки данных [3]. В пилотных экспериментах на установке ГДЛ с нагревом плазмы нейтральными пучками отработана методика измерений спектров коллективного рассеяния микроволнового излучения и впервые для открытых ловушек такого масштаба зарегистрированы сигналы рассеяния от быстрых ионов [4]. Показано, что новый диагностический комплекс позволяет исследовать не только функцию распределения быстрых ионов по скоростям, но и возбуждаемые быстрыми ионами неустойчивости плазмы в ионно-циклотронном и нижнегибридном диапазонах. Показана принципиальная возможность использования технологии 3D печати CMPS для создания многорезонаторных режекторных фильтров для экспериментов по коллективному рассеянию микроволнового излучения [5]. Обзор результатов на портале Kudos: https://www.growkudos.com/publications/10.1063%25252F5.0101751/reader Новые публикации по результатам проекта: [1] E. D. Gospodchikov, T. A. Khusainov, and A. G. Shalashov. On the Scattering of Finite-Aperture Microwave Beams from Density Fluctuations in Inhomogeneous Magnetized Plasma. Plasma Physics Reports, 2022, Vol. 48, No. 3, pp. 229–241. DOI: 10.1134/S1063780X22030060 [2] A. G. Shalashov, E. D. Gospodchikov, T. A. Khusainov, A. L. Solomakhin, D. V. Yakovlev and P. A. Bagryansky. Towards explanation of “broad” and “narrow” ECRH regimes observed in the GDT experiment. Nucl. Fusion, V. 62, P. 124001 [https://doi.org/10.1088/1741-4326/ac9293 [3] А. Г. Шалашов, Е. Д. Господчиков, Л. В. Лубяко, Т. А. Хусаинов, А. Л. Соломахин, М. Е. Викторов. Диагностика быстрых ионов методом коллективного томсоновского рассеяния микроволнового излучения в открытой магнитной ловушке ГДЛ. Изв. вузов: Радиофизика. 2022. Т. 65 № 5-6. С. 353–369 [3] A. G. Shalashov, E. D. Gospodchikov, T. A. Khusainov, L. V. Lubyako, A. L. Solomakhin, D. V. Yakovlev. First results of collective Thomson scattering diagnostic of fast ions at the GDT open magnetic trap. Phys. Plasmas, Vol. 29, P. 080702 (2022) [https://doi.org/10.1063/5.0101751] [5] Т.А. Хусаинов, М.Д. Проявин, Л.В. Лубяко. Режекторные фильтры, изготовленные методом 3D печати, для систем СВЧ диагностики установок УТС. Приборы и техника эксперимента. 2023. № 3 (принята к публикации)