Проблема нагрева термоядерной плазмы при переходе из газодинамического режима в кинетический

Авторы: Федюнин Д.Е.
Опубликовано в выпуске: #8(37)/2019
DOI: 10.18698/2541-8009-2019-8-517
Раздел: Физика | Рубрика: Физика плазмы
Ключевые слова: плазма, открытая ловушка, режимы удержания, тепловая устойчивость, высокие температуры, турбулентный перенос, давление плазмы, стационарный режим нагрева
Опубликовано: 10.09.2019

Выполнен расчет параметров плазмы в открытой магнитной ловушке, которая является удобной системой для моделирования процессов, протекающих в термоядерной плазме. Рассмотрен процесс моделирования сценариев нагрева плазмы, показаны устойчивость квазистационарных режимов и способы управления мощностью. Результаты расчетов динамики нагрева свидетельствуют о необходимости согласованного управления подводом энергии и вещества в плазму. Исследованы особенности различных режимов удержания при относительно низких и высоких температурах. Показаны границы области устойчивых режимов. Проанализирован нагрев плазмы в современном эксперименте. Результаты работы могут быть использованы при оптимизации параметров существующих систем, проектировании модернизированных систем нагрева для них, а также при разработке концептуальных проектов систем термоядерной энергетики.

Литература

[1] Ivanov A.A., Prikhodko V.V. Gas dynamic trap: experimental results and future prospects. Phys.-Usp., 2017, vol. 60, no. 5, pp. 509–532. DOI: 10.3367/UFNe.2016.09.037967 URL: https://iopscience.iop.org/article/10.3367/UFNe.2016.09.037967

[2] Bagryansky P.A., Shalashov A.G., Gospodchikov E.D., et al. Threefold increase of the bulk electron temperature of plasma discharges in a magnetic mirror device. Phys. Rev. Lett., 2015, vol. 114, no. 20, art. 205001. DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.205001 URL: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.114.205001

[3] Bagryansky P.A., Ivanov A.A., Kruglyakov E.P., et al. Gas dynamic trap as high power 14 MeV neutron source. Fusion Eng. Des., 2004, vol. 70, no. 1, pp. 13–33. DOI: 10.1016/j.fusengdes.2003.08.002 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0920379603004198

[4] Khvesyuk V.I., Chirkov A.Yu. Energy production in ambipolar reactors with D–T, D–3He, and D–D fuel cycles. Tech. Phys. Letters, 2000, vol. 26, no. 11, pp. 964–966. URL: 10.1134/1.1329685 DOI: https://link.springer.com/article/10.1134/1.1329685

[5] Chirkov A.Yu., Khvesyuk V.I. Comparison of tandem mirror reactors using D–T, alternative D–3He and catalyzed D–D fuel cycles. Fusion Sci. Technol., 2001, vol. 39, no. 2T, pp. 402–405. DOI: 10.13182/FST01-A11963490 URL: https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.13182/FST01-A11963490

[6] Chirkov A.Yu., Khvesyuk V.I. Analysis of D-3He/catalyzed D–D plasma as a source of fusion power. Fusion Sci. Technol., 2001, vol. 39, no. 1T, pp. 406–409. DOI: 10.13182/FST01-A11963491 URL: https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.13182/FST01-A11963491

[7] Stott P.E. The feasibility of using D-3He and D–D fusion fuels. Plasma Phys. Controll. Fusion, 2005, vol. 47, no. 8, pp. 1305–1338. DOI: 10.1088/0741-3335/47/8/011 URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0741-3335/47/8/011

[8] Чирков А.Ю., Федюнин Д.Е. Возможные параметры нейтронного источника на основе токамака с наработкой трития в дейтериевой плазме. Инженерная физика, 2018, № 12, с. 12–18.

[9] Chirkov A.Yu. Low radioactivity fusion reactor based on the spherical tokamak with a strong magnetic field. J. Fusion Energ., 2013, vol. 32, no. 2, pp, 208–214. DOI: 10.1007/s10894-012-9554-0 URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s10894-012-9554-0

[10] Bosh H.-S., Hale G.M. Improved formulas for fusion cross-sections and thermal reactivities. Nucl. Fusion, 1992, vol. 32, no. 4, pp. 611–631. DOI: 10.1088/0029-5515/32/4/I07 URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0029-5515/32/4/I07

[11] Kukushkin A.B., Minashin P.V., Neverov V.S Electron cyclotron power losses in fusion reactor-grade tokamaks: scaling laws for spatial profile and power loss. 22nd IAEA Fusion Energy Conf., 2008, art. TH/P3-10.

[12] Svetlov A.S., Chirkov A.Yu. Тепловая устойчивость термоядерной плазмы при различных моделях удержания энергии. Прикладная физика, 2016, № 2, с. 25–28.

[13] Chirkov A.Yu. Evaluation of the operational parameters for NBI-driven fusion in low-gain tokamak with two-component plasma. Nucl. Fusion, 2015, vol. 55, no. 11, art. 113027. DOI: 10.1088/0029-5515/55/11/113027 URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0029-5515/55/11/113027