ОТЧЕТ О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ «РАЗВИТИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ОСНОВ КОМПАКТНОГО ТЕРМОЯДЕРНОГО ИСТОЧНИКА НЕЙТРОНОВ И ВЕРИФИКАЦИЯ НА СФЕРИЧЕСКОМ ТОКАМАКЕ ГЛОБУС-М2» (промежуточный)

Объектом исследования является плазма тороидальных установок с магнитным удержанием. Цель работы состоит в получении новых фундаментальных результатов с применением разработанных численных и экспериментальных методов изучения физических процессов в плазме, а также в верификации полученных результатов на сферическом токамаке «Глобус-М2». Методы работы включают как развитие теории и математическое моделирование, так и развитие методов диагностики плазмы. В ходе выполнения годового этапа проекта получены следующие научные результаты: 1) Описана и применена общая методика интегрального моделирования анизотропии нейтронного выхода классических и сферических токамаков. Получена аналитическая формула для полного углового распределения частиц-продуктов синтеза. 2) Впервые проведено моделирование разряда токамака Глобус-М2 кодом SOLPS-ITER с кинетическим модулем EIRENE для нейтральных частиц. Результаты расчета подтверждены экспериментальными данными, полученными в ходе моделируемого разряда. В моделировании обнаружены переход внутренней пластины в режим отрыва и формирование плотной и холодной области плазмы в диверторе со стороны сильного поля. 3) В ходе гидродинамического моделирования разряда токамака Глобус-М2 кодом SOLPS-ITER с распылением углерода как материала первой стенки и с напуском азота как излучающей примеси в нижнем диверторе была обнаружена излучающая область с повышенной плотностью плазмы в верхнем диверторе. Проанализированы различия параметров и динамики пятна для различных вариантов расчетов с различными граничными условиями и параметрами откачки. Предположительно, формирование данной области связано с магнитной топологией моделируемого разряда - DDN (disconnected double null). 4) Впервые проведено гидродинамическое моделирование разряда токамака Глобус-М2 кодом SOLPS-ITER с высокой поглощенной мощностью внешнего нагрева (1.1 МВт) и напуском излучающей примеси (азота). Проанализированы результаты моделирования, проведено сравнение с экспериментальными данными. 5) Получены расчётные данные о положении системы для изучения турбулентности. Выполнены модификация и применение кода расчета лучевых траекторий для реальной геометрии токамака “Глобус-М2”. Получены первые результаты применения метода радиальной корреляционной допплеровской рефлектометрии в разряде с Н-модой. 6) Получены и проанализированы новые экспериментальные результаты измерений с помощью спектроскопической диагностики периферийной плазмы с использованием инжекции нейтрального гелия. Разработана стационарная (равновесная) столкновительно - излучательная модель, использованная в восстановлении измеренных профилей параметров плазмы. Проведено сопоставление полученных результатов с данными диагностики диверторного томпсона, а также с результатами моделирования по коду SOLPS-ITER, адаптированными для исследуемых разрядов. Проведен расчёт трехмерных распределений свечения гелиевой струи в плазме токамака Глобус-М2, сделана оценка пространственной погрешности измерений. 7) Выяснено, что обнаруженное явление нелокального переноса тепла из данных об эволюции возмущения электронной температуры ослабляется с ростом концентрации плазмы. Эволюция возмущения концентрации электронов носит диффузионный характер и не демонстрирует явления типа NLT. Показано, что подход описания NLT, связанный с движением плазмы, согласуется как с наблюдаемой экспериментальной эволюцией температуры электронов, так и с концентрацией. Результаты исследований планируется использовать при анализе HPP и NLT экспериментов на токамаке Глобус-М2. Результаты имеют ключевое значение для физических основ проектирования перспективных термоядерных источников нейтронов на основе токамаков и вносят вклад в физику термоядерной плазмы.