Изучение продольных потерь частиц и энергии в экспериментах с амбиполярными пробками на установке ГДЛ. Описание эксперимента и диагностик

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Новосибирский государственный университет» (НГУ)

физический факультет

Квалификационная работа на соискание

степени магистра (бакалавра)

Кафедра (название кафедры)_____

Фамилия, имя, отчество студента

_

Название работы:

___

Научный руководитель:  _____

Новосибирск – 2011 год

МИНИСТЕРСТВО

ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное агентство

по образованию

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

физический факультет

Квалификационная работа на соискание

степени бакалавра

Кафедра физики плазмы

Изучение продольных потерь частиц и энергии в экспериментах с амбиполярными пробками на установке ГДЛ

Научный руководитель:

д.ф.-м.н.

Новосибирск – 2011 год

Содержание

Введение                                                                                              3

Краткий обзор работ по удержанию плазмы в ГДЛ                   5

1.1.  Продольное удержание плазмы в ГДЛ                                                             5

1.2.  Поперечные потери                                                                                             9

1.3.  Эксперимент с компактным пробкотроном                                                     10

Описание эксперимента и диагностик                                         14

1.4.  Описание эксперимента                                                                                     14

1.5.  Диагностики:                                                                                                       16

1.5.1.  Двухсеточный зонд                                                                            16

1.5.2.  Пироэлектрический болометр                                                          17

Результаты измерений и их интерпретация                                21

Заключение                                                                                           30

Список литературы                                                                         32

1.  Введение

В данной работе представлены результаты исследования удержания плазмы в установке Газодинамическая ловушка (ГДЛ) [1,2] в Институте ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН. Программа экспериментов на установке ГДЛ ориентирована с одной стороны на получение фундаментальных знаний по физике удержания плазмы с субтермоядерными параметрами в магнитных ловушках открытого типа, а с другой стороны на экспериментальное обоснование проекта мощного источника 14 МэВ нейтронов для материаловедческих исследований, управления подкритичными ядерными реакторами и других приложений [3,4].

В настоящее время завершена модернизация установки ГДЛ, направленная на увеличение температуры электронов до 200-300 эВ. Для этого была создана новая система атомарной инжекции из 8-ми инжекторов с энергией атомов 23-25 кэВ, суммарной мощностью до 5 МВт и длительностью импульса до 5 мс. Эти инжекторы обладают фокусирующей ионно-оптической системой, что позволяет существенно увеличить плотность тока в пучках. Кроме того, в рамках проводимой модернизации была увеличена емкость конденсаторных накопителей энергии в системе питания катушек магнитного поля установки, что позволило увеличить магнитное поле в центральном сечении ГДЛ с 0.3 T до 0.35 Т и менять пробочное отношение в широких пределах. Благодаря проведенным мероприятиям по модернизации установки, в ГДЛ реализован квазистационарный режим удержания двухкомпонентной плазмы с высоким относительным давлением плотной анизотропной плазмы b (до 60%) и температурой электронов свыше 200 эВ.

Предлагаемая квалификационная работа посвящена изучению удержания плазмы с высокими параметрами в установке ГДЛ в этом режиме. Работа состоит из Введения, трех содержательных разделов и Заключения. В первом содержательном разделе (глава 2) представлен краткий аналитический обзор по теме работы: описана теория продольного и поперечного удержания основной («мишенной») компоненты плазмы. Следующий раздел (глава 3) содержит описание установки ГДЛ, режимов ее работы, сценария экспериментов, а также диагностик, использованных в данной работе. Основной 3 раздел (глава 4) содержит результаты проведенных исследований. Он посвящен подробному изучению параметров плазмы, истекающей через пробки газодинамической ловушки в расширитель.

Основными целями исследований были сравнение параметров плазмы в расширителе с предсказаниями теории, основанной на модели бесстолкновительного течения плазмы через пробки. Указанный режим течения наиболее интересен, поскольку именно он должен реализоваться при параметрах плазмы, характерных для нейтронного источника. Измерение продольных потоков плотности частиц и энергии при помощи сеточного зонда и болометра. Наблюдение подавления потоков частиц и энергии при инжекции.

При удержании плазмы  в пробочной системе возникают различные сложности. Одна из них это возникновение турбулентности в пробкотроне, которая может приводить отклонениям потерь частиц и энергии. Более подробно это исследование было исследовано на установке ГОЛ-3.[sgfgsdgfd]

Ранее  эксперименты с компактным пробкотроном проводились на установке ГДЛ. В них поток тёплых ионов в приосевой области ослаблялся