КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 25-22-00623
НазваниеИсследование плазменных потоков в сферическом токамаке методом допплеровского обратного рассеяния
Руководитель Пономаренко Анна Михайловна
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" , г Санкт-Петербург
Конкурс №118 - Конкурс на получение грантов РНФ по мероприятию «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» приоритетного направления деятельности Российского научного фонда «Поддержка проведения научных исследований и развития научных коллективов, занимающих лидирующие позиции в определенных областях науки»
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-501 - Физика высокотемпературной плазмы и УТС
Ключевые слова сферический токамак, плазменные потоки, шир скорости вращения, диагностика высокотемпературной плазмы, допплеровское обратное рассеяние
Код ГРНТИ29.27.35
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В рамках реализации программы управляемого термоядерного синтеза одной из основных проблем является проблема определения плазменных параметров для достижения и оптимизации улучшенного удержания в тороидальных магнитных системах типа токамак. Ключевую роль в определении удержания плазмы, как показывают теоретические и экспериментальные работы, играют дрейфовые потоки плазмы и шир скорости вращения этих потоков. Однако, потоки плазмы относятся к наиболее трудно определяемым параметрам в горячей зоне токамака, что значительно усложняет их исследование. В связи с этим актуальным является развитие методов диагностики исследования пространственных распределений плазменных потоков. В рамках выполнения данного проекта будут проводиться систематические исследования плазменных потоков на компактном сферическом токамаке Глобус-М2 в широком диапазоне экспериментальных условий. Динамика потоков будет исследоваться одновременно в различных областях разряда (как на периферии плазмы, так и в центральных областях) в режимах как с омическим, так и при дополнительном нагреве в виде инжекции нейтральных частиц (NBI). При исследовании потоков будет использован комплексный подход с применением диагностики высокотемпературной плазмы и моделирования. Скорость дрейфа в радиальном электрическом и магнитном полях будет определяться с помощью допплеровского обратного рассеяния (ДОР), позволяющего исследовать плазменные потоки в широком диапазоне нормализованных малых радиусов 0.7–1.1. Для построения профилей абсолютных значений скорости вращения будут определены области локализации измерений ДОР и волновые числа рассеивающих флуктуаций для каждой используемой в экспериментах зондирующей частоты. Параллельно с экспериментами будет проводиться гирокинетическое моделирование кодом GENE для расчета инкремента дрейфовых неустойчивостей и фазовых скоростей флуктуаций, которые будут использованы для корректной интерпретации данных ДОР. Будет также применен полноволновой код IPF-FD3D для расчета обратно-рассеянного излучения на различных флуктуациях плотности плазмы. Будет проведено сопоставление результатов численного расчета рассеяния на малых флуктуациях, которое может быть описано борновским приближением, и рассеяния на флуктуациях большой амплитуды. Экспериментальные результаты работы будут сопоставляться с результатами вычисления потоков с помощью транспортных кодов ASTRA 7, SPIDER и NUBEAM. Систематические сведения о плазменных потоках в сферических токамаках будут получены впервые, что позволит получить их зависимости от основных параметров разряда, таких как магнитное поля, плазменный тока, плотность плазмы, мощность нейтральной инжекции и магнитная конфигурация. В целом физические результаты работы будут востребованы для выяснения роли потоков и вращения в удержании плазмы в сферических токамаках.
Ожидаемые результаты
В ходе проекта впервые будет систематически изучено поведение плазменных потоков на сферическом токамаке. На установках такого типа данные исследования затруднены, что подтверждается лишь ограниченным числом публикаций на эту тематику на токамаках Глобус-М/М2 и MAST-U и отсутствием таких публикаций на других сферических установках. Поэтому разработка методов диагностики плазменных потоков, запланированная в данном проекте, является значимой задачей в международном термоядерном сообществе.
Будут измерены профили полоидальной скорости вращения плазмы в режиме с омическим нагревом и в режиме с дополнительным нагревом в виде инжекции нейтральных частиц (NBI) на компактном сферическом токамаке Глобус-М2. Данные о плазменном вращении будут получены одновременно в различных областях (от периферии до центра плазменного шнура) с помощью многочастотной системы допплеровского обратного рассеяния (ДОР). Будет определена зависимость распределения плазменных потоков в различных областях плазмы от магнитного поля, плазменного тока, плотности плазмы, мощности нейтральной инжекции, магнитной конфигурации.
Будет проведено вычисление инкрементов микронеустойчивостей дрейфового типа, развивающихся в разрядах Глобус-М2, с помощью кода GENE, что позволит составить базу данных типов неустойчивостей и их фазовых скоростей. Будет проведен анализ полученных фазовых скоростей микронеустойчивостей дрейфового типа для корректной интерпретации измерений с помощью диагностики ДОР.
Будет проведено транспортное моделирование при совместном использовании кода ASTRA 7 и кодов SPIDER и NUBEAM с использованием в качестве вводных параметров экспериментальных данных различных диагностик для получения расчетных данных о плазменных потоках в разрядах с омическим нагревом и NBI. Будет проведено сравнение результатов экспериментального исследования эволюции профилей потоков с данными транспортного моделирования.
Будет проведено полноволновое моделирование обратного допплеровского рассеяния при различной интенсивности флуктуаций, конфигурации и динамики их движения, а также определены параметры флуктуаций, влияющие на процесс перехода от линейного к нелинейному процессу рассеяния.
В целом данные об эволюции плазменных потоков чрезвычайно важны для дальнейшего развития теории удержания плазмы в сферических токамаках. Они обеспечат верификацию известных кодов, описывающих потоки и процессы переноса в токамаке. В конечном счете результаты проекта будут востребованы при реализации токамака-реактора и компактных источников нейтронов на основе сферических токамаков и, таким образом, внесут заметный вклад в разработку новых источников энергии.