Исследование периферийных локализованных мод в токамаке

Одним из важнейших для научного сообщества является вопрос об эффективных способах получения энергии в будущем. Самой перспективной альтернативой традиционным методам на данный момент является управляемый термоядерный синтез (УТС). Протекает он при условиях, когда вещество находится в состоянии плазмы. Для работы с горячей плазмой используются системы магнитного удержания, такие как токамаки. Для освоения УТС необходимо решить множество сложных задач, из которых основной для физики высокотемпературной плазмы является достижение хорошего удержания вещества и энергии в плазме термоядерной установки. Одной из проблем, препятствующих успешному решению данной задачи, является развитие в токамаках периферийных локализованных неустойчивостей (ELMs). Их появление можно ожидать при переходе в режим улучшенного удержания, считающийся в настоящее время наиболее перспективным режимом работы будущих термоядерных реакторов на основе токамака. Возникновение ELMs, которые ограничивают величину давления плазмы на пьедестале, сопровождается существенным увеличением потока частиц и энергии из области удержания на обращённые к плазме элементы конструкции токамака, что может приводить к их повреждению. Однако, было замечено, что в разрядах с ELMs уровень примесей падал по сравнению с разрядами с Н-модой без данных неустойчивостей. Это благоприятное свойство, наряду с поразительным улучшением удержания в Н-моде с ELMs, вызвало большой интерес научного сообщества. Данное явление тщательно исследуется с целью развития единой теории, а также для конечной возможности контролировать или подавлять ELMs. Данный проект направлен на исследование и изучение периферийных неустойчивостей на сферическом токамаке Глобус-М2. Впервые будут проведены экспериментальные исследования параметров филаментов во время ELMs одновременно различными методами, позволяющими производить измерения в областях разряда с существенно различающейся топологией магнитных поверхностей: внутри и снаружи от сепаратрисы в экваториальной плоскости, вблизи Х-точки и в диверторной области. Диагностики томсоновского рассеяния, ленгмюровские зонды и спектроскопия инжектируемого гелия будут впервые адаптированы и применены для исследования периферийных локализованных мод на токамаке Глобус-М2. Помимо этого будет использована диагностика допплеровского обратного рассеяния, которая ранее была успешно применена для детектирования филаментарных структур. Проведение измерений различных плазменных параметров в центральной плазме, пьедестале, периферии, обдирочном слое и диверторной области позволит охарактеризовать как сами ELMs, так и плазму, реагирующую на их развитие. Коды, рассчитывающие пилинг-баллонную неустойчивость, будут использоваться и для анализа зависимости её инкремента от параметров плазмы токамака Глобус-М2. Используя данные таких расчётов будет впервые создана предиктивная модель возникновения ELMs на сферических токамаках. Будет исследоваться влияние анизотропии функции распределения быстрых частих на возникновение ELMs. Будет решаться и обратная задача о влиянии вызванных ELMs возмущений плазмы на распределение быстрых частиц, что крайне важно, так как оно напрямую влияет на эффективность нагрева плазмы, для чего важно знать роль ELMs в этом процессе. Помимо влияния на нагрев NBI впервые будет исследовано влияние ELMs на генерацию тока электромагнитными волнами промежуточного диапазона. На ELMs, как на сильно нелинейном объекте, ожидается рассеяние заводимого СВЧ излучения в нелинейном режиме, что, естественно, невозможно описать в рамках хорошо развитых в настоящее время линейных теорий. Поэтому в рамках проекта будут построены основы теории нелинейного рассеяния СВЧ излучения, которая в настоящее время ещё не описана. Таким образом для исследования ELMs будет использован комплексный подход, сочетающий экспериментальные, численные и теоретические методы, некоторые из которых не имеют аналогов, либо будут использованы впервые для решения поставленных в проекте задач.