XL Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 11 – 15 февраля 2013 г.

Исследование диверторной плазмы сферического токамака Глобус-М

Предельные величины тепловых потоков на стенку и диверторные пластины являются одним из основных ограничений получения энергонапряженных режимов работы токамаков. Ключевым параметром, определяющим плотность теплового потока является так называемая ширина SOL - длина спада теплового потока в SOL. Эта величина определяется конкуренция продольного и поперечного переноса в периферийной плазме, а поскольку для последнего на данный момент не существует полноценного теоретического описания, ширина SOL не может быть предсказана теоретически. Поэтому для оценки ширины SOL в проектируемых установках используются скейлинги. До недавнего времени в классических токамаках использовался скейлинг, предсказывающий примерную пропорциональность ширины SOL большому радиусу установки [1]. Этот закон неприменим для сферических токамаках [2], которые в настоящее время рассматриваются в качестве термоядерных источников нейтронов, в частности существует проект ТИН-СТ (Термоядерный Источник Нейтронов на базе Сферического Токамака), находящегося на данный момент на стадии концептуального дизайна [3]. Кроме того, в последние годы появились указания на то, что скейлинг [1] не применим и для классических токамаков [4]. Вышесказанное, а также то, что сферический токамак Глобус-М рассматривается в качестве прототипа ТИН-СТ делает важным исследование тепловых потоков в диверторной плазме Глобус-М.

Распределение тепловых потоков по нижним диверторным пластинам измеряется с помощью инфракрасной камеры Gobi-384 [5]. Данная камера позволяет измерять поле температур на поверхности диверторных пластин с пространственным разрешением около 1 мм, частотой кадров 50 Гц и временем экспозиции порядка 10 мкс по их тепловому излучению. Температура поверхности плиток может быть пересчитана в падающий на них тепловой поток в рамках модели полубесконечного плоского тела [6]. Пространственные распределения плотности и температуры измеряются набором плоских ленгмюровских зондов диаметром 8 мм. Данная система позволяет измерять ионный ток насыщения и электронную температуру, поэтому также возможно оценить тепловой поток. С помощью данной диагностики уже был измерен тепловой поток 1 МВт/м² далеко от сепаратрисы.

В докладе представляются первые экспериментальные результаты, полученные при одновременной работе ленгмюровских зондов и инфракрасной камеры. Результаты измерений сравниваются друг с другом, с данными других установок и со скейлингами.

1. 
   Kotschenreuther M.et al, Proc.22nd Int. Conf. on Fus.En., Geneva, 2008 IC/P4-7.
   
2. 
   R. Maingi et al., Proc. 34th EPS Conf. on Plas. Ph. Warsaw, 2007 ECA Vol.31F, P-2.020.
   
3. 
   P. Goncharov et al., 2011 Nucl. Fusion 51 103042
   
4. 
   V.K. Gusev et al., Nuclear Fusion, 49(2009) 095022.
   
5. 
   T. Eich et al., Phys. Rew. Let., 107 (2011), 215001
   
6. 
   https://www.xenics.com/en/infrared_camera/lwir_-_infrared_thermography_camera.asp
   Carslaw and Jaeger, conduction of heat in solids, Oxford, 1959.