ПРОЦЕССЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ УДЕРЖАНИЕ ЭНЕРГИИ В ПЛАЗМЕ ТОКАМАКА

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Обсуждаются процессы, связанные с самоорганизацией плазмы в токамаках, и модель формирования самосогласованных профилей давления, используемая в уравнениях баланса энергии и частиц. Самоорганизацию плазмы можно интерпретировать как формирование структуры, состоящей из цепочки магнитных островов, в каждом из которых может формироваться самосогласованный профиль давления. Сближение цепочек островов приводит к аномальному переносу, а их расхождение—к образованию транспортных барьеров. В предлагаемой модели полный поток энергии Γ состоит из двух основных частей: Γ0 и Γ1, где Γ0 соответствует самосогласованному профилю давления, а аномальный турбулентный поток Γ1 появляется, когда профиль давления искажается дополнительным нагревом/охлаждением, а также имеется неоклассический поток Γneo. Проанализированы профили давления электронов, полученные методом томсоновского рассеяния в плазме c магнитными островами, и влияние пилообразных колебаний на аномальный поток Γ1. Приведены примеры ухудшения удержания плазмы за счет неоптимального вклада дополнительной мощности нагрева и улучшения удержания за счет увеличения радиационных потерь на периферии, приводящих к снижению уровня магнитных флуктуаций, которое можно связать с расхождением цепочки магнитных островов или с уменьшением размера островов.

Об авторах

К. А. Разумова

НИЦ “Курчатовский институт”

Email: razumovak31@mail.ru
Москва, Россия

В. Ф. Андреев

НИЦ “Курчатовский институт”

Москва, Россия

Л. Г. Елисеев

НИЦ “Курчатовский институт”

Москва, Россия

М. Ю. Кантор

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН

Санкт-Петербург, Россия

Н. В. Касьянова

НИЦ “Курчатовский институт”; Московский физико-технический институт (НИУ)

Москва, Россия; Долгопрудный, Россия

С. Е. Лысенко

НИЦ “Курчатовский институт”

Email: Lysenko_SE@nrcki.ru
Москва, Россия

А. В. Мельников

НИЦ “Курчатовский институт”; Московский физико-технический институт (НИУ); Национальный ядерный университет МИФИ

Москва, Россия; Долгопрудный, Россия; Москва, Россия

Н. С. Сергеев

Национальный ядерный университет МИФИ

Москва, Россия

Список литературы

  1. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса: Новый диалог человека с природой. М.: Прогресс, 1986, 432 с.
  2. Хакен Г. Информация и самоорганизация. Макроскопический подход к сложным системам. М.: Мир, 1991.
  3. Сoppi B. // Comments Plasma Phys. Control. Fusion. 1980. V. 5. P. 261.
  4. Кадомцев Б.Б. // Физика плазмы. 1987. Т. 13. С. 771.
  5. Minardi E., Lazzaro E., Sozzi C., Cirant S. // Nucl. Fusion. 2003. V. 43. P. 369. https://doi.org/10.1088/0029-5515/43/5/310
  6. Днестровский Ю.Н. Самоорганизация горячей плазмы. М: НИЦ “Курчатовский институт”, 2013.
  7. Diamond P.H., Hahm T.S. // Phys. Plasmas. 1995. V. 2. P. 3640.
  8. Sanchez R., Newman D.E. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2015. V. 57. P. 123002. https://doi.org/10.1088/0741-3335/57/12/123002
  9. Bark P., Chang C. and Weisenfeld K. Self-organized critically: an explanation of 1/f noise // Phys. Rev. Lett. 1987. V. 59. P. 381-384.
  10. Касьянова Н.В., Андреев В.Ф. //ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2009.№1. С. 53.
  11. Taylor J.B. // Phys. Fluids B. 1993. V. 5. P. 4378. https://doi.org/10.1063/1.860555
  12. Курскиев Г.С., Яньков В.В., Гусев В.К., Жильцов Н.С., Киселев Е.О., Крыжановский А.К., Минаев В.Б., Мирошников И.В., Петров Ю.В., Сахаров Н.В. и др. // Письма в ЖЭТФ. 2024. Т. 119. С. 34. https://doi.org/10.31857/S1234567824010075
  13. Яньков В.В. // УФН. 1997. Т. 167. С. 499. https://doi.org/10.3367/UFNr.0167.199705b.0499
  14. Gryaznevich M. // Nucl. Fusion. 2022. V. 62. P. 042008. https://doi.org/10.1088/1741-4326/ac26ee
  15. Kurskiev G.S., Miroshnikov I.V., Sakharov N.V., Gusev V.K., Petrov Y.V., Minaev V.B., Balachenkov I.M., Bakharev N.N., Chernyshev F.V., Goryainov, V.Y. et al. // Nucl. Fusion. 2022. V. 62. P. 104002. https://doi.org/10.1088/1741-4326/ac881d
  16. Dnestrovskij Y.N., Melnikov A.V., Pustovitov V.D. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2009. V. 51. P. 015010. https://doi.org/10.1088/0741-3335/51/1/015010
  17. Melnikov A.V., Eliseev L.G., Pastor I., Herranz J., Hidalgo C., Fujisawa A., Minami T., Razumova K.A., Dnestrovskij Yu.N., Lysenko S.E., Harris J.H. // Proc. 34th EPS Conf. on Plasma Phys. Warsaw, 2–6 July 2007. ECA. V. 31F. P-2.060. https://info.fusion.ciemat.es/OCS/EPS2007/pdf/P2_060.pdf.
  18. Razumova K.A., Andreev V.F., Eliseev L.G., Kislov A.Ya., La Haye R.J., Lysenko S.E., Melnikov A.V., Notkin G.E., Pavlov Yu.D., Kantor M.Yu. // Nucl. Fusion. 2011. V. 51. P. 08302. https://doi.org/10.1088/0029-5515/51/8/083024
  19. Днестровский Ю.Н., Мельников А.В., Лысенко С.Е., Мещеряков А.И., Харчев Н.К., Васильков Д.Г., Гребенщиков С.Е., Касьянова Н.В., Черкасов С.В., Вафин И.Ю., Елисеев Л.Г., Сычугов Д.Ю. // Физика плазмы. 2024. Т. 50. С. 525. https://doi.org/10.31857/S0367292124050026
  20. Dyabilin K.S., Razumova K.A. // Nucl. Fusion. 2015. V. 55. P. 053023. https://doi.org/10.1088/0029-5515/55/5/053023
  21. Дябилин К.С., Разумова К.А. // Физика плазмы. 2015. Т. 41. С. 747.
  22. Razumova K.A., Kasyanova N.V., Andreev V.F., Lysenko S.E. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2022. V. 64. P. 125007. https://doi.org/10.1088/1361-6587/abe023
  23. Arnichand H., Citrin J., Hacquin S., Sabot R., Kr¨аmer-Flecken A. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2016. V. 58. P. 014037. https://doi.org/10.1088/0741-3335/58/1/014037
  24. Vershkov V.A., Shelukhin D.A., Subbotin G.F., Dnestrovskij Yu.N., Danilov A.V., Melnikov A.V., Eliseev L.G., Maltsev S.G., Gorbunov E.P., Sergeev D.S. et al. // Nucl. Fusion. 2015. V. 55. P. 063014. http://iopscience.iop.org/article/10.1088/00295515/55/6/063014.
  25. Eliseev L.G., Melnikov A.V., Lysenko S.E., Khabanov P.O., Zenin V.N., Drabinskij M.A., Kharchev N.K., Kozachek A.S., Krupnik L.I. and HIBP team // Plasma Fusion Res. 2018. V. 13. P. 3402106. https://doi.org/10.1585/pfr.13.3402106
  26. Razumova K.A., Andreev V.F., Kislov A.Ya., Kirneva N.A., Lysenko S.E., Pavlov Yu.D., Shafranov T.V., the T-10 Team, Donn´e A.J.H., Hogeweij G.M.D., Spakman G.W., Jaspers R., the TEXTOR team, Kantor M. and Walsh M. // Nucl. Fusion. 2009. V. 49. P. 065011. https://doi.org/10.1088/0029-5515/49/6/065011
  27. Xie R., Austin M.E., Gentle K., Petty C.C. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2024. V. 66. P. 035013. https://doi.org/10.1088/1361-6587/ad1b88
  28. Разумова K.A., Андреев В.Ф., Бельбас И.С., Горшков A.В., Днестровский A.Ю., Дябилин K.С., Кислов A.Я., Лысенко С.E., Ноткин Г.E., Тимченко Н.Н. и др. // Физика плазмы. 2013. Т. 39. С. 779. https://doi.org/10.7868/S0367292113090072
  29. Razumova K.A., Andreev V.F., Eliseev L.G., Kantor M.Y., Kasyanova N.V., Lysenko S.E., Melnikov A.V. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2021. V. 63. P. 055003. https://doi.org/10.1088/1361-6587/abe023
  30. Kantor M.Y., Donn´e A.J.H., Jaspers R., van der Meiden H.J. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2009. V. 51. P. 055002. https://doi.org/10.1088/0741-3335/51/5/055002
  31. Choe G.H., Yun G.S., Nam Y., Lee W., Park H.K., Bierwage A., Domier C.W., Luhmann Jr.N.C., Jeong J.H., Baeet Y.S. et al. // Nucl. Fusion. 2015. V. 55. P. 013015. https://doi.org/10.1088/0029-5515/55/1/013015
  32. Lee J.E., Yun G.S., Kim M., Lee J., Lee W., Park H.K., Domier C.W., Luhmann Jr.N.C., Ko W.H. and the KSTAR team // Nucl. Fusion. 2015. V. 55. P. 113035. https://doi.org/10.1088/0029-5515/55/11/113035
  33. Razumova K.A., Lysenko S.E. // Plasma. 2023. V. 6. P. 408. https://doi.org/10.3390/plasma6030028
  34. Kantor M.Y., Donn´e A.J.H. // Proc. Science (Proc. ECPD2015) 2015. P. 034. https://pos.sissa.it/240/034/pdf.
  35. Разумова К.А., Тимченко Н.Н., Днестровский А.Ю., Лысенко С.Е. // Физика плазмы. 2016. Т. 42. С. 787. https://doi.org/10.7868/S0367292116090080
  36. Разумова К.А., Дремин М.М., Касьянова Н.В., Кирнева Н.А., Ключников Л.А., Крупин В.А., Крылов С.В., Лысенко С.Е., Ноткин Г.Е., Сарычев Д.В., Соловьев Н.А., Чуканов М.В., Онгена Дж., Мессиан A. // Физика плазмы. 2020. Т. 46. С. 291. https://doi.org/10.31857/S0367292120040095
  37. Melnikov A.V., Eliseev L.G., Perfilov S.V., Andreev V.F., Grashin S.A., Dyabilin K.S., Chudnovskiy A.N., Isaev M.Yu., Lysenko S.E., Mavrin V.A. et al. // Nucl. Fusion. 2013. V. 53. P. 093019. https://doi.org/10.1088/0029-5515/53/9/093019
  38. Melnikov A.V., Krupnik L.I., Eliseev L.G, Barcala J.M., Bravo A., Chmyga A.A., Deshko G.N., Drabinskij M.A., Hidalgo C., Khabanov P.O. et al. // Nucl. Fusion. 2017. V. 57. P. 072004. https://doi.org/10.1088/1741-4326/aa5382
  39. Andreev V.F., Borschegovskij A.A., Chistyakov V.V., Dnestrovskij Yu.N., Gorbunov E.P., Kasyanova N.V., Lysenko S.E., Melnikov A.V., Myalton T.B., Roy I.N., Sergeev D.S., Zenin V.N. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2016. V. 58. P. 055008. https://doi.org/10.1088/0741-3335/58/5/055008
  40. Andreev V.F., Dnestrovskij Yu.N., Ossipenko M.V., Razumova K.A., Sushkov A.V. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2004. V. 46. P. 319. https://doi.org/10.1088/0741-3335/46/2/001
  41. TFR Group and FOM ECRH Team // Nucl. Fusion. 1988. V. 28. P. 1995. https://doi.org/10.1088/0029-5515/28/11/006
  42. Doyle E.J., Houlberg W.A., Kamada Y., Mukhovatov V., Osborne T.H., Polevoi A., Bateman G., Connor J.W., Cordey J.G., Fujita T. et al. // Nucl. Fusion. 2007. V. 47. P. S18. https://doi.org/10.1088/0029-5515/47/6/S02
  43. Luce T., Challis C., Ide S., Joffrin E., Kamada Y., Politzer P., Schweinzer J., Sips A., Stober J., Giruzzi G. et al. // Nucl. Fusion. 2014. V. 54. P. 013015. https://doi.org/10.1088/0029-5515/54/1/013015
  44. Hobirk J., Imbeaux F., Crisanti F., Buratti P., Challis C.D., Joffrin E., Alper B., Andrew Y., Beaumont P. et al. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2012. V. 54. P. 095001. https://doi.org/10.1088/0741-3335/54/9/095001
  45. Yong-Su Na, Lee Y.H., Byun C.S., Kim S.K., Lee C.Y., Park M.S., Yang S.M., Kim B., Jeon Y.-M., Choi G.J., Citrin J., Juhn J.W., Kang J.S., Kim H.-S., Kim J.H., Ko W.H., Kwon J.-M., Lee W.C., Woo M.H., Yi. S., Yoon S.W. // Nucl. Fusion. 2020. V. 60. P. 086006. https://doi.org/10.1088/1741-4326/ab8b7a
  46. Buttery R.J., Covele B., Ferron J., Garofalo A., Holcomb C.T., Leonard T., Parkm J.M., Petrie T., Petty C., Staebler G., Strait E.J., Van Zeeland M. // J. Fusion Energy. 2019. V. 38. P. 72. https://doi.org/10.1007/s10894-018-0185-y
  47. Ongena J., Messiaen A.M., Unterberg B., Budny R.V., Bush C.E., Hill K., Hoang G.T., Jackson G., Kallenbach A., Monier-Garbet P. et al. // Plasma Phys. Control. Fusion. 1999. V. 41. P. A379. https://doi.org/10.1088/0741-3335/41/3A/031
  48. Vershkov V.A., Sarychev D.V., Notkin G.E., Shelukhin D.A., Buldakov, M.A. Dnestrovskij Yu.N., Grashin S.A., Kirneva N.A., Krupin V.A., Klyuchnikov L.A., Melnikov A.V. et al. // Nucl. Fusion. 2017. V. 57. P. 102017. http://iopscience.iop.org/0029-5515/57/10/102017.
  49. Donn´e A.J.H., Melnikov A.V., Van Oost G. // Czechoslovak J. Phys. 2002. V. 52. P. 1077. https://doi.org/10.1023/A:1021024005348
  50. Сергеев Н.С., Мельников А.В., Елисеев Л.Г. // Письма ЖЭТФ. 2024. Т. 119. С. 817. https://doi.org/10.31857/S1234567824110077
  51. Melnikov A.V., Eliseev L.G., Castej´on F., Hidalgo C., Khabanov P.O., Kozachek A.S., Krupnik L.I., Liniers M., Lysenko S.E., de Pablos J.L. et al. // Nucl. Fusion. 2016. V. 56. P. 112019. https://doi.org/10.1088/0029-5515/56/11/112019
  52. Melnikov A.V., Vershkov V.A., Eliseev L.G., Grashin S.A., Gudoshnik A.V., Krupnik L.I., Lysenko S.E., Mavrin V.A., Perfilov S.V. et al., // Plasma Phys. Control. Fusion. 2006. V. 48. P. S87. https://doi.org/10.1088/0741-3335/48/04S07
  53. Eliseev L.G., Zenin V.N., Lysenko S.E., Melnikov A.V. // J. Phys.: Conf. Series. 2017. V. 907. P. 012002.
  54. Eliseev L.G., Lysenko S.E., Melnikov A.V., Krupnik L.I., Kozachek A.S., Zenin V.N. // Probl. Atom. Sci. Techn. Ser. Plasma Phys. 2017. V. 107. P. 241.
  55. Joffrin E., Challis C.D., Conway G.D., Garbet X., Gude A., Gunter S., Hawkes N.C., Hender T.C., Howell D.F. et al. // Nucl. Fusion. 2003. V. 43. P. 1167. https://doi.org/10.1088/0029-5515/43/10/018
  56. Leconte M., Cho Y.W., Ida K. // Proc. 29-th Fusion Energy Conf. (FEC 2023) 16–23 October, London, UK, Rep. 1634. https://www.iaea.org/sites/default/files/23/10/cn316_fec_preliminary_program.pdf .
  57. Minjun J. Choi, Jae-Min Kwon, Lei Qi, Diamond P.H., Hahm T.S., Hogun Jhang, Juhyung Kim, Leconte M., Hyun-Seok Kim, Byoung-Ho Park, Jinil Chung, Jaehyun Lee, Minho Kim, Gunsu S. Yun, Won-Ha Ko, Lee K.D., Juhn J.W. and the KSTAR Team // Preprint. July 2022. 2207.06610v5 [physics.plasmaph] 21 Feb 2024. https://doi.org/10.48550/arXiv.2207.06610
  58. Kantor M.Yu., Krа¨mer-Flecken A., Soldatov S. // Proc. 37th EPS Conf. Plasma Physics. Dublin, Ireland, 2010. ECA, V. 34A. P4.134. https://info.fusion.ciemat.es/OCS/EPS2010pap/pdf/P4.134.pdf.
  59. Dynamic Ergodic Divertor (special issue) / Finken K.H. // Fusion Eng. Des. 1997. V. 37. P. 335.
  60. Spakman G.W., Hogeweij G.M.D., Jaspers R.J.E., Schuller F.C., Westerhof E., Boom J.E., Classen I.G.J., Delabie E., Domier C., Donne A.J.H., Kantor M.Yu., Kramer-Flecken A., Liang Y., Luhmann N.C., Park H.K., van de Pol M.J., Schmitz O., Oosterbeek J.W. and the TEXTOR Team // Nucl. Fusion. 2008. V. 48. P. 115005. https://doi.org/10.1088/0029-5515/48/11/115005
  61. Classen I.G.J., Westerhof E., Domier C.W., Donne A.J.H., Jaspers R.J.E., Luhmann N.C., Park H.K, van de Pol M.J., Spakman G.W., Jakubowski M.W. and the TEXTOR team // Phys. Rev. Lett. 2007. V. 98. P. 035001. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.035001
  62. Jakubowski M.W., Abdullaev S.S., Finken K.H. and the TEXTOR Team // Nucl. Fusion. 2004. V. 44. P. S1. https://doi.org/10.1088/0029-5515/44/6/S01
  63. Stoschus H., Schmitz O., Frerichs H., Reiser D., Jakubowski M.W., Unterberg B., Lehnen M., Reiter D., Samm U. and the TEXTORteam // Nucl. Fusion. 2012. V. 52. P. 083002. https://doi.org/10.1088/0029-5515/52/8/083002
  64. Garcia J., Giruzzi G. and JET EFDA Contributors. // Nucl. Fusion. 2013. V. 53. P. 043023. https://doi.org/10.1088/0029-5515/53/4/043023

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025