Отчет о научно-исследовательской работе «Развитие численных и экспериментальных методов исследования плазмы сферического токамака и их применение на установке Глобус-М2» (промежуточный)

Объектом исследования является плазма термоядерных установок с магнитным удержанием. Цель работы - создание новых численных и экспериментальных методов исследования плазмы и их применение на сферическом токамаке «Глобус-М2». Методы работы включают как развитие теории и математическое моделирование, так и развитие диагностик плазмы для получения экспериментальных данных. В ходе выполнения годового этапа проекта получены следующие научные результаты: 1) Диагностика параметров периферийной плазмы по соотношению линий нейтрального гелия была интегрирована в диагностический комплекс токамака «Глобус-М2». Проведены первые измерения в диверторной области вблизи нижней Х-точки, создана база экспериментальных данных, проведен их предварительный анализ, получены первые распределения электронной температуры и плотности в области измерений, а также первые результаты моделирования истечения гелия через систему газонапуска диагностики. 2) При включении азота в численное моделирование разряда 40361 токамака «Глобус-М2» продемонстрирована возможность использования азота в качестве излучающей примеси. На токамаке «Глобус-М2» проведён первый эксперимент по напуску азота. 3) Разработана методика выбора базисных сигналов диагностик для разработки систем классификации и предсказания событий в плазме токамака. Получены результы работы системы с использованием нейронных сетей в плазме токамака с малым временем разряда. 4) На токамаке «Глобус-М2» с использованием метода допплеровского обратного рассеяния были получены новые сведения о поведении плазменной турбулентности. Исследованы спектры турбулентности в разрядах с широким диапазоном параметров. Получены зависимости формы спектров от параметров плазмы, пучка нейтральных атомов и магнитной конфигурации. 5) Получены явные аналитические формулы общего вида для функции источника быстрых ионов, образующихся за счет инжекции быстрых нейтральных пучков в плазму термоядерной установки с магнитным удержанием. Вывод аналитических формул осуществлен двумя способами, кроме того, дан альтернативный метод на основе статистического моделирования. Проделаны расчеты пространственных и угловых распределений источников быстрых ионов для классического и сферического токамаков с пучковым нагревом. Проведена верификация результатов несколькими способами. 6) Выяснено, что размеры излучающей в линейчатом спектре области в углеводородных пеллетных облаках определяются удельной энергией, приносимой в облако электронами горячей фоновой плазмы. Получены законы подобия для предсказания размеров излучающей в линейчатом спектре области вблизи испаряющихся полистироловых макрочастиц. Возможность такого предсказания является необходимым условием для реализации локальных измерений высокоэнергетичной компоненты функции распределения, как для основной компоненты плазмы, так и для альфа-частиц. Результаты имеют ключевое значение для физики и техники токамаков-реакторов.