Хвильові процеси та транспорт надтеплових іонів у квазиізодинамічних стелараторах
Дата
2019
Автори
Тихий, А.В.
Tykhyy, A.V.
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Харків: ХНУ імені В. Н. Каразіна
Анотація
Tykhyy A.V. Wave processes and transport of suprathermal ions in quasiisodynamic stellarators. – Manuscript.
Thesis for the scientific degree of candidate of science in physics and mathematics by speciality 01.04.08, Plasma Physics. – Institute for Nuclear Research, National Academy of Sciences of Ukraine; V. N. Karazin Kharkiv National University, Ministry of Education and Science of Ukraine, Kharkiv, 2019.
It is demonstrated for the first time that Alfvén eigenmodes can be destabilized by ion temperature gradient in non-axisymmetrical systems. From the developed theory it follows that the destabilizing influence of spatial inhomogeneity of bulk plasma with a Maxwellian velocity distribution on Alfvén eigenmodes in toroidal systems can overcome their damping via the Landau mechanism. A necessary condition of mode destabilization is derived. It is shown that the destabilizing influence grows with the increase of the resonance velocity relative to the thermal velocity, when their ratio is greater than unity, but because of the exponential decrease of the increment of the drive with the growth of this ratio, intermediate values of 2-3 are optimal for destabilization; in stellarators, resonance velocities required to provide this ratio can exist due to non-axisymmetric resonances. It is shown that this mechanism may lead to the destabilization of an Alfvén eigenmode with frequency ω ~ 200 kHz in Wendelstein 7-X through a resonance with the helical harmonic of the equilibrium magnetic field with mode numbers µ = ν = 1, accompanied by inward spatial channeling of ion energy. The destabilization of such a mode may explain long-lasting high-frequency oscillations which have been observed experimentally.
Опис
У дисертаційній роботі з’ясовано особливості транспорту надтеплових іонів у стелараторах, зокрема в оптимізованих (квазиізодинамічних) стелараторах типу Wendelstein, отримано умови збудження та згасання альфвенових нестійкостей у плазмі таких стелараторів, та вивчено перенесення енергії поперек магнітного поля, пов’язане з цими нестійкостями.
Розвинено теорію стохастичної дифузії надтеплових іонів та показано, що стохастична дифузія перехідних іонів у стелараторах типу Wendelstein є у кілька разів сильнішою, ніж передбачалося раніше. Запропоновано метод послаблення негативного впливу стохастичної дифузії на утримання надтеплових іонів шляхом замикання сепаратрис між локально пролітними та локально захопленими орбітами всередині плазми, та вивчено вплив радіального електричнго поля на утримання локально захоплених надтеплових іонів у стелараторах. Запропоновано використання резонансного електричного поля для видалення гелієвого “попелу” з реактора-стеларатора Helias.
Виявлено сильний стабілізуючий вплив механізму згасання Ландау на альфвенові моди у стелараторах завдяки існуванню неосесиметричних резонансів та показано, що збудження ізомонних і тороїдальних альфвенових власних мод у першій експериментальній кампанії з інжекцією нейтральних пучків на Wendelstein 7-X є малоімовірним. Вперше показано можливість збудження альфвенових власних мод градієнтом температури іонів основної плазми в неосесиметричних системах, що супроводжується перенесенням модами енергії поперек магнітного поля. Описаний механізм може приводити до збудження альфвенової моди з частотою ω ~ 200 кГц на Wendelstein 7-X, що може пояснити довготривалі високочастотні осциляції, що спостерігалися в експерименті.
Ключові слова
Research Subject Categories::SOCIAL SCIENCES::Social sciences::Education, Research Subject Categories::NATURAL SCIENCES, стеларатор, надтеплові іони, стохастична дифузія, альфвенові власні моди, нестійкості плазми, stellarator, suprathermal ions, stochastic diffusion, Alfvén eigenmodes, plasma instabilities
Бібліографічний опис
Тихий А.В. Хвильові процеси та транспорт надтеплових іонів у квазиізодинамічних стелараторах. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.08 – фізика плазми. – Інститут ядерних досліджень Національної академії наук України; Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна Міністерства освіти і науки України, м. Харків, 2019.