Анотація до роботи:

ОЧЕРЕТЕНКО В. Л. НВЧ рефлектометрія радіальних розподілів параметрів плазми в процесі переходу в режим покращеного утримання в торсатроні – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.08 – фізика плазми. – Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, Харків, 2006.

У дисертації, основні матеріали якої викладені в 6 статтях, досліджуються радіальні розподіли характеристик плазми торсатрона, відновлення радіального профілю плазми, параметри просторово-часових характеристик флюктуацій. Показані переваги рефлектометрії на незвичайній хвилі у порівнянні зі звичайною хвилею. Розглянуто використання метода крос-детектування для дослідження флюктуацій плазми. Показано можливість визначення швидкості полоїдального обертання окремих шарів плазми методом кореляційної рефлектометрії на основі аналізу зворотньо-відбитих мікрохвиль від полоїдально зміщених ділянок поверхні плазмового шару. Визначено швидкість полоїдального і тороїдального обертання плазми в торсатроні "Ураган-3М" за допомогою кореляційної НВЧ рефлектометрії. Установлено, що в режимах роботи торсатрона зі створенням внутрішнього транспортного бар'єра поблизу раціональних магнітних поверхонь спостерігається перехід до режиму покращеного утримання плазми.

В дисертаційній роботі досліджено методами НВЧ рефлектометрії, розробленими автором, еволюцію радіальних розподілів параметрів плазми в торсатроні "Ураган-3М" в процесі переходу в режим покращеного утримання частинок і енергії плазми.

Основні результати проведених досліджень можна сформулювати таким чином.

1. Удосконалений комплекс НВЧ рефлектометрії плазми на торсатроні "Ураган-3М" дозволяє вимірювати просторово-часові характеристики густини плазми і її флюктуацій завдяки дослідженням і розробкам, виконаним автором.

2. Проведено числовий аналіз залежності амплітуди і фази відбитої хвилі від плазмового циліндра з флюктуаціями відбиваючого шару від радіуса циліндра, амплітуди і довжини хвилі флюктуацій для оптимізації параметрів зондуючої хвилі і хвилевого пучка.

3. Аналітично розраховано відхилення зондуючого мікрохвилевого пучка в залежності від кута входження його в плазму. Це дозволило визначити граничний кут входження, при якому пучок повертається в антену.

4. Розглянуто особливості використання метода крос-детектування для визначення рівня флюктуацій густини у зв'язку з тим, що флюктуації рівня НВЧ сигналу містять також флюктуації амплітуди.

5. Автором удосконалені методи відновлення профілів густини плазми, її флюктуацій, спектрів частот, хвилевих чисел, а також просторової і спектральної когерентності коливань плазми з врахуванням особливостей вимірювань на трьохзахідному торсатроні "Ураган-3М".

6. Для визначення когерентності коливань у різних шарах плазми, спектральної залежності фази коливань у цих шарах, радіальних хвилевих чисел, кореляційних довжин, розроблена методика зондування плазми хвилями ортогональних поляризацій в одному каналі з вибором частот, що забезпечують необхідну відстань між відбиваючими шарами плазми. Це дозволило розділити ці частоти без спеціальних радіотехнічних пристроїв і проводити вимірювання на більш коротких довжинах хвиль.

7. Визначено просторово-часові характеристики і кореляційні довжини флюктуацій густини плазми, величини радіальних хвилевих чисел і когерентності коливань у різних режимах роботи торсатрона "Ураган-3М".

8. Запропоновано і досліджено метод визначення полоїдальної і тороїдальної швидкості обертання плазми з флюктуаціями за допомогою вимірювання часової затримки або періоду ВКФ НВЧ сигналів, що відбиваються від шарів однакової густини, рознесених у полоїдальному чи тороїдальному напрямку.

9. Розроблена схема застосування метода кореляційної НВЧ рефлектометрії для вимірювання швидкості обертання плазми на торсатроні "Ураган-3М" і проведені вимірювання з використанням Х- і О-хвиль різної частоти.

10. Проведено одночасне вимірювання полоїдальної і тороїдальної швидкості обертання плазми. Показано, що в стелараторі при визначенні напруженості електричного поля вклад полоїдального обертання переважає над вкладом тороїдального обертання. Одночасне застосування кореляційного і Доплерівського методів визначення швидкості обертання виявило задовільний збіг результатів і дозволяє розширити об'єм отриманої інформації.

11. На основі вимірювань за допомогою мікрохвильових методів досліджено формування ВТБ у торсатроні "Ураган-3М" поблизу раціональних магнітних поверхонь. Формування цього бар'єра має місце вище деякого порога потужності нагріву і супроводжується наступними явищами:

перехід в режим покращеного утримання плазми супроводжується різкою зміною амплітуди і фази відбитої НВЧ хвилі, що пов'язано зі швидкою зміною положення відбиваючого шару плазми.

формування областей високого шира V_q і E_r поблизу РМП. При формуванні ВТБ поблизу РМП відбувається зміна знака радіального електричного поля;

розширення в центрі і збільшення градієнта профілю густини плазми на периферії;

зменшення рівня флюктуацій густини плазми;

декореляція флюктуацій густини і зменшення радіальної кореляційної довжини;

зменшення співвідношення густини плазми в диверторних потоках і області утримання плазми.

В результаті формування ВТБ здійснюється перехід у режим покращеного утримання плазми. Час переходу в цей режим скорочується при збільшенні потужності нагріву. Перехід у новий стан супроводжується збільшенням швидкості полоїдального обертання плазми і зміною напряму обертання, що відповідає зміні характеру і величини радіального електричного поля. В результаті вказаних процесів зменшується радіальний перенос частинок і тепла, спостерігається підвищення густини і температури плазми.

Публікації автора:

1. Berezhnyj V.L., Fomin I.P., Skibenko A.I., Ocheretenko V.L., Voitsenya V.S. Graphite-made UHF resonator of Fabry-Perot type for investigation of the plasma divertor flow in fusion devices and the small-scale particles of a substance // Problems of Atomic Science and Technology. Series: Plasma Physics. Issues 3(3), 4(4), Kharkov, 1999, p. 292-294.

2. Skibenko A.I., Pavlichenko O.S., Volkov E.D., Fomin I.P., Berezhnyj V.L., Pinos I.B., Podoba Yu.Ya., Nazarov N.I., Ocheretenko V.L., Tsybenko S.A., Litvinov A.P. ITB formation dynamics in the Uragan-3M torsatron inferred from microwave reflectometry // Problems of Atomic Science and Technology. Series: Plasma Physics. Kharkov, 2002, v.7, n.4, p.62-64.

3. Skibenko A.I., Berezhnyj V.L., Fomin I.P., Kotsubanov V.D., Nazarov N.I., Nikol’sky I.K., Pavlichenko O.S., Pinos I.B., Tsybenko S.A., Volkov E.D. Radial profiles of plasma density and poloidal rotation velocity measured by microwave reflectometry for different regimes of RF plasma production in “Uragan3-M” torsatron // Problems of Atomic Science and Technology. Series: Plasma Physics. Issue (6), n.6, Kharkov, 2000, p. 47-49.

4. Скибенко А.І., Бережний В.Л., Волков Є.Д., Назаров Н.І., Нікольський І.К., Очеретенко В.Л., Павличенко О.С., Пінос І.Б., Фомін І.П. Визначення швидкості полоїдального обертання і напруженості електричного поля в плазмі торсатрона за допомогою НВЧ полоїдально-кореляційної рефлектометрії // Укр. фізичн. журнал, т. 46, н. 4, 2001, с. 443-448.

5. Pavlichenko O.S., Skibenko A.I., Ocheretenko V.L., Berezhniy V.L., Pinos I.B., Fomin I.P. Poloidal rotation velocity measurement in toroidal plasmas via microwave reflectometry // Proc. of the 5^th Intern. Workshop on Reflectometry, 5-7 March, 2001, Nagoja, Japan. Research report, NIFS-PROC-49, 2001, p.85-87.

6. Berezhnyj V.L., Volkov E.D., Nazarov N.I., Ocheretenko V.L., Pavlichenko O.S., Pinos I.B., Skibenko A.I., Fomin I.P. Studies of poloidal asymmetry of plasma density and fluctuations in the Uragan-3M torsatron via microwave reflectometry // Problems of Atomic Science and Technology. Series: Plasma Physics 1(1), 2(2), Kharkov, 1999, n.1, p.43-45.

7. Berezhnyj V.L., Skibenko A.I., Ocheretenko V.L., Pavlichenko O.S., Pinos I.B., Fomin I.P. Optimization of UHF reflectometer device for study of plasma density profile and fluctuation in magnetically confined plasmas // Third Int. Kharkov Symposium "Physics and Engineering of Millimeter and Submillimeter Waves". Kharkov, Ukraine, Sept. 15-17, 1998, Symp. Proc., v.2, p. 697-699.

8. Бережний В.Л., Григор'єва Л.І., Волков Є.Д., Назаров Н.І., Очеретенко В.Л., Пінос І.Б., Скибенко А.І., Сороковий Е.Л., Фомін І.П., Чечкін В.В. Порівняльні дослідження флюктуацій густини краєвої та диверторної плазми торсатрона "Ураган-3М" з використанням НВЧ та зондових вимірювань // VII Українська конф. з КТС та ФП. Київ, 20-21 вересня, 1999. Збірник анотацій, стор. 33.

9. Ocheretenko V.L., Berezhnyj V.L., Volkov E.D., Nikol’sky I.K., Pavlichenko O.S., Pinos I.B., Skibenko A.I., Fomin I.P. Development of correlation reflectometry for plasma studies in fusion devices // III Int. Conf. Plasma Physics and Plasma Technology. Minsk, Belarus, Sept. 18-22, 2000. Contributed papers, v.1, p.324-326.

Перелік посилань

10. C.Fanack, I.Boucher, F.Clairet et al. Ordinary mode reflectometry: Modification of the scattering and cut-off responses due to the shape of localized density fluctuations. Plasma Phys. Control Fusion, v.38, 1996, p.1915.

11. A.E.Costley, P.Cripwell. Correlation reflectometry: a possible new technique for diagnosing density microturbulence. Preprint JET-P (89)82, Cadarache, 1989, 8 p.