WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

При этом отклонение положения X-точки от заданного значения не превышает 1.5 mm в радиальном направ- При обработке экспериментальных данных было установлено, что в процессе отрыва плазмы от диафрагмы лении и 2.5 mm вдоль вертикальной оси. Отклонение и формирования диверторной магнитной конфигурации несколько возрастает, если уменьшается количество извытянутость в вертикальном направлении крайней замерительных петель до 20 (рис. 2, b) и 19 (рис. 2, c).

мкнутой магнитной поверхности меняется скачкообразНаиболее неблагоприятный случай показан на рис. 2, d, но. Для оценки ошибки реконструкции вытянутости когда отсутствуют две петли, а измерения проводятся плазмы в вертикальном направлении и треугольности с большой ошибкой в 3%. Результаты анализа ошибок исползовалась поверхность q95. Результаты моделирореконструкции приведены также в табл. 2.

вания вытянутости с отсутствием двух петель и ввеНами не рассматривается ситуация, в которой ошибка денной ошибкой измерения 3% приведены на рис. 3.

реконструкции приводит к неправильному определению При этом максимальная ошибка измерения вытянутоX-точки, находящейся на границе плазмы. В этом случае сти составляет 0.05 при изменении k на рис. 3 в ошибка измерения ее положения будет равна расстодиапазоне 1.3-2. Ошибка в определении треугольности составляет 0.02 для типичных величин 0.5. При полном комплекте петель ошибка измерения составляет Таблица 2. Данные анализа ошибок реконструкции координат X-точки соответственно 0.03 и 0.01.

Как показано в [6], в плазме с достаточно большой Максимальное Максимальное вытянутостью в вертикальном направлении k > 1.3-1.Рассмотренный случай, отклонение вдоль отклонение вдоль становится возможным определить раздельно значения количество петель;

большого радиуса, вертикальной оси, внутренней индуктивности плазмы li и параметра p при %ошибки cm cm решении задачи реконструкции магнитного равновесия без использования измерений диамагнетизма плазмы.

21; 0 0.15 0.Данная возможность предусмотрена в коде EFIT, где li и 20; 0 0.2 0.19; 0 0.25 0.35 p входят в число выходных параметров. Зная величину 21; 3 0.7 0.p, можно определить тепловую энергию плазмы, свя19; 3 0.75 0.занную с продольным движением частиц. В настоящей Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. Методы реконструкции равновесия плазмы на сферическом токамаке Глобус-М величина ошибки реконструкции снижается до приемлемых значений (около 10%). Данный вывод требует, разумеется, подтверждения путем тщательного сравнения данных магнитных измерений и кинетических измерений радиальных распределений температуры и плотности плазмы. Первые измерения профилей температуры и плотности электронов методом томсоновского рассеяния лазерного излучения показали, что при большой плотности плазмы в режиме омического нагрева расхождения с данными реконструкции магнитного равновесия укладываются в указанную величину ошибки 10%.

Отметим, что все указанные выше данные по точности реконструкции магнитных измерений относятся к ситуации, когда ток по плазме больше или равен току Рис. 3. Значения вытянутости плазмы в вертикальном напо вакуумной камере. В эксперименте с Глобус-М ток правлении, полученные в результате реконструкции сигналов по камере в стадии подъема тока плазмы достигает магнитных петель, в сопоставлении с заданными величинами k.

величины в 50 kA. В этой фазе разряда результаты реконструкции магнитных измерений могут иметь значительно меньшую точность.

Измерение радиального положения плазмы Важнейшей задачей эксперимента является контроль положения плазменного шнура в направлении большого радиуса. Для этого требуется по возможности простая диагностика, которая способна измерять радиальные перемещения плазмы с малым аспектным отношением с использованием наиболее простого алгоритма расчета.

Необходимо, чтобы результаты измерений и расчетов слабо зависели от абсолютной величины смещения плазмы и таких ее параметров, как форма сечения шнура, внутренняя индуктивность и тепловое давление в возможно более широком диапазоне. При таких условиях диагностика может быть использована для контуров автоматического управления положением плазмы с отРис. 4. Диаграмма ошибок реконструкции параметра p при рицательной обратной связью.

его различных значениях и различных значениях вертикальной Нами был исследован традиционный для обычных товытянутости плазмы. Анализ выполнен для 19-ти петель и камаков датчик радиального смещения плазмы. В осноошибок измерений в 3%.

ву такой диагностики входят две седловидные петли, расположенные на верхнем и нижнем куполах камеры симметрично средней плоскости тора и занимающие сектор в 90 в направлении тороидальной оси. Петработе был выполнен аналогичный анализ точности определения параметра p при различных заданных зна- ли измеряют полоидальный магнитный поток через среднюю плоскость вакуумной камеры. Дополнительно чениях и величинах вытянутости плазмы в вертикальном используются два магнитных зонда, измеряющие вертинаправлении. Как и в рассмотренных выше случаях, кальное магнитное поле в средней плоскости токамака оценки проводились для уменьшенного числа магнитных на внутреннем и внешнем его обходе тора. Магнитные петель и точности 3% измерения токов и магнитных датчики и седловидная петля располагаются в 2-4cm от потоков.

границы плазмы.

Как и ожидалось, проведенный анализ продемонстрировал большую, около 100%, ошибку реконструкции При большом аспектном отношении тора, когда геов области низких значений вытянутости и при малых метрия эксперимента близка к цилиндрической, измевеличинах. Данные анализа представлены в виде ренный полоидальный магнитный поток пропорционадиаграммы на рис. 4. Вместе с тем в области рабочих па- лен току по плазме и смещению плазмы от центрального раметров эксперимента для k 1.5-1.8 и p 0.2-0.5 положения и не зависит от малого радиуса плазмы. ТаЖурнал технической физики, 2006, том 76, вып. 30 В.К. Гусев, С.Е. Бендер, А.В. Деч, Ю.А. Косцов, Р.Г. Левин, А.Б. Минеев, Н.В. Сахаров ким образом, большой радиус вычисляется по формуле R = R0 +, (1) 2 R R где R0 = 0.37 m — геометрический центр вертикального сечения вакуумной камеры, — полоидальный магнитный моток, измеренный седловидной петлей, /R = 2RBv — градиент магнитного потока, измеряемый магнитными зондами.

В данной работе исследовалась применимость данного выражения для плазмы с малым аспектным отношением.

При небольшом расстоянии от границы плазмы до стенки изменение большого радиуса может привести одновременно к изменению малого радиуса. В этом случае связь между большим и малым радиусом задается через положение неподвижной диафрагмы. Особенно Рис. 5. Зависимость величины смещения геометрического важно, что при малом аспектном отношении движение центра плазмы R, определенной из выражения (2), от больплазмы внутрь и наружу относительно геометрического шого радиуса плазмы R, рассчитанного по равновесному коду.

Данные варьировались в диапазоне: k = 1.1-2.2, = 0-0.4, центра камеры вызывает различную скорость изменения li = 0.5-1.2, p = 0.1-0.6.

магнитного потока через седловидную петлю. При этом, однако, сохраняется пропорциональная зависимость от тока плазмы. Для малого аспектного отношения тора был предложен следующий простой алгоритм расчета (вытянутость и треугольность) и интегральных (p и li) смещения геометрического центра плазмы относительно параметров плазмы.

центра камеры:

Анализ показал также, что немного менее точным, но более простым является метод расчета, в котором из A1, A1 < меренный полоидальный магнитный поток нормируется 2 R R на величину тока плазмы, что позволяет обойтись без R = +, (2) 2 - использования дополнительных магнитных зондов. При R R A2, A1 > этом выражение (2) заменяется выражением (3) 2 R R где R = R - R0 — смещение плазмы, A1 и A2 — коэф C1, C1 < I p фициенты порядка единицы, — геометрический фак R = +. (3) тор, характеризующий положение седловидной петли отI p носительно краев диафрагмы. В данном алгоритме при- C2, C1 > I p меняются разные коэффициенты пропорциональности между измеренным полоидальным магнитным потоком Полученные результаты указывают на универсальный и смещением плазмы внутрь и наружу вдоль большого характер предложенных алгоритмов расчета радиальнорадиуса тора. Данный алгоритм также подробно анализиго смещения для плазмы с малым аспектным отношенировался с помощью кода расчета равновесия DIALEQT, ем. Отмечено также хорошее совпадение данных R по разработанном в НИИЭФА им. Д.В. Ефремова. С помоформуле (3) и по реконструкции магнитного равновесия щью кода создавались равновесные плазменные конфис помощью кода EFIT. Данные методики применяются гурации с различным радиальным смещением плазмы, для системы автоматического управления радиальным вытянутостью в вертикальном направлении, треугольположением плазмы.

ностью, внутренней индуктивностью и величиной p.

Расчетные значения магнитных потоков и полей обрабаРеконструкция равновесных магнитных тывались с помощью формулы (2) и далее сравнивались с исходно заданными величинами смещения плазмы.

конфигураций Результаты анализа приведены на рис. 5. Как видно из В большинстве случаев плазменный разряд в токамаке рисунка, предложенный алгоритм линейно описывает смещение плазменного шнура в обе стороны относи- Глобус-М осуществляется по весьма сложному сценательно среднего положения в диапазоне R = ±10 cm. рию с использованием большого числа обмоток полоиОтметим, что линейная зависимость на рис. 5 сохраняет- дального магнитного поля [7]. Для увеличения магнитнося вплоть до обычных для токамака больших аспектных го потока, используемого для возбуждения и поддержаотношений R/a 3 (случай больших R). Было также ния тока плазмы, центральный соленоид установки рабообнаружено отсутствие какой-либо сильной зависимо- тает в режиме с двуполярным током, при котором старт сти расчетной величины смещения от геометрических плазменного разряда начинается в момент спада заранее Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. Методы реконструкции равновесия плазмы на сферическом токамаке Глобус-М нитной конфигурации. В целом большое число обмоток и источников питания делает плазменный эксперимент достаточно гибким и позволяет получать различного типа магнитные конфигурации с вытянутостью плазмы в вертикальном направлении в диапазоне 1.2-2.1, треугольностью поперечного сечения шнура до 0.55. Могут быть получены магнитные конфигурации с положением X-точки магнитной сепаратрисы со стороны как верхнего, так и нижнего куполов камеры.

На рис. 6 приведен пример разряда, в течение которого происходит отрыв плазмы от стенки с образованием диверторной магнитной конфигурации. Магнитные конфигурации, вертикальное положение, вытянутость плазмы и запас тепловой энергии получены с помощью анализа магнитных измерений кодом EFIT. Как видно из рисунка, граница плазмы в магнитной конфигурации в первой половине разряда (левая конфигурация) определяется контактом шнура с внутренним цилиндром камеры, облицованным графитовыми плитками. В районе 168 ms на временной оси происходит спонтанный отрыв плазмы от стенки. Плазменный шнур на правом рисунке ограничен магнитной сепаратрисой с нижней X-точкой. Наблюдается небольшое смещение магнитной оси в направлении нижнего купола камеры, что связано с некоторой асимметрией положения витков соленоида относительно средней плоскости токамака. Зазор между сепаратрисой и внутренней стенкой на рисунке составляет примерно 2 cm. Этого достаточно, чтобы привести к сильному изменению интенсивности излучения линий основных примесей. Действительно, интенсивность излучения линии углерода CIII и кислорода OIII, свечение которых наблюдается в средней плоскости тора детекторами с узким полем зрения, резко падает — примерно в 3-4 раза. Этот эффект является свидетельством того, что плазма перестает взаимодействовать с центральным цилиндром камеры. Отрыв сопровождается небольшим смещением плазмы вниз и увеличением вытянутости в Рис. 6. Изменение параметров плазмы при отрыве границы плазмы от диафрагмы и формировании диверторной магнитной вертикальном направлении.

конфигурации в разделе #12459.

Заключение заведенного положительного тока, а заканчивается в Проведенный цикл работ по реконструкции магнитфазе отрицательной полуволны тока в соленоиде. При ных измерений показал, что форма внешней магнитной этом обмотки компенсации рассеянного поля соленоида поверхности плазмы может быть восстановлена с истакже работают с изменением полярности тока в про- пользованием небольшого числа магнитных петель при цессе импульса плазмы. Положение плазменного шнура их оптимальном расположении максимально близко к вдоль большого радиуса и вдоль вертикальной оси тора границе плазмы и при составлении адекватной матеподдерживается системами управления с отрицательной матической модели токонесущих элементов установки.

обратной связью. Что касается вытянутости плазмы в Точность реконструкции остается достаточно высокой вертикальном направлении и треугольности сечения, даже при дальнейшем уменьшении измерительных датто такие параметры в настоящее время определяются чиков с 21 петли до 18-19, если точность измерения заданными программами токов в обмотках полоидаль- основных сигналов находится в разумных пределах и не ного магнитного поля. При этом форма плазменного опускается ниже 2-3%. Небольшое количество датчиков шнура может изменяться в течение разряда. Отметим упрощает задачу автоматического управления формой также, что несмотря на наличие обмоток компенсации поперечного сечения плазменного шнура. Особенно это переменное во времени магнитное поле соленоида также касается такого параметра, как вытянутость плазмы в оказывает заметное влияние на размеры и форму маг- вертикальном направлении.

Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 32 В.К. Гусев, С.Е. Бендер, А.В. Деч, Ю.А. Косцов, Р.Г. Левин, А.Б. Минеев, Н.В. Сахаров Показано, что для контроля радиального положения плазмы с малым аспектным отношением достаточно использовать две простые магнитные петли. Такие петли, а также ток плазмы, измеряемый поясом Роговского, используются в настоящее время для управления радиальным положением шнура по заданной программе.

Точность управления особенно велика для магнитных конфигураций, ограниченных диафрагмой. При отрыве границы плазмы от стенки и образовании диверторной магнитной конфигурации разница в значениях радиуса геометрического центра плазмы, определенного по формулам (2), (3) и по результатам анализа данных кодом EFIT, становится несколько больше, но для типичных условий эксперимента Глобус-М оказывается в пределах одного сантиметра.

Существующий массив данных магнитных измерений позволяет вычислять основные геометрические параметры плазмы с помощью кода EFIT в паузе между разрядами токамака. Точность определения геометрических параметров достаточна для надежной идентификации момента отрыва границы плазмы от диафрагмы.

Pages:     | 1 || 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.