Активные методы стабилизации плазменных неустойчивостей
Выше речь шла о поведении плазменных конфигураций, ограниченных некими стенками и предоставленных самим себе. Однако в окружающем нас мире мы повсюду сталкиваемся с информационными системами, которые управляют теми или иными процессами. Это управление может осуществляться человеком, животными (например, пчелы поддерживают определенную температуру в улье), автоматически- 458 Гл. 8. Неустойчивости и самоорганизация плазмодинамических систем j=envc __ уЛ | Квазилинейная / I теория ак. Рис. 8.4.3. Общий вид закона Ома в случае ионно-звуковой турбулентности [7] а 0 300 t б ^1000 0 1000 v Рис. 8.4.4. Динамика электронов в разряде при возрастании Е: а — зависимости токовой скорости и и тепловой скорости Уте от ?; б — типичная функция распределения электронов на турбулентной стадии [7] ми системами (автопилот обеспечивает выполнение самолетом определенной про- граммы полета) и т.д.. Общая тенденция развития техники состоит в том, что все большая часть блоков сложной системы становится под контроль специальных диагностирующих и управ- ляющих органов. Так на американских Шатлах находится около 30000 датчиков, которые все непрерывно опрашиваются компьютером за время ~ 1 секунда и при этом вырабатываются нужные команды рабочим системам. Совершенно очевидно, что и плазменные системы также все в большей степени будут насыщаться авто- матическими информационно-управляющими системами и классические плазменные "амебообразные" объёмы будут превращаться в "киберплазменные" структуры. Простейшая система стабилизации плазменного объекта появилась еще в XIX веке и обеспечивала стабильное горение электрической дуги. Необходимость такой стабилизации объясняется падающей ВАХ дуги, которая делает разряд неустойчи- вым. Поэтому последовательно с дугой ставится специальное сопротивление, которое и обеспечивало устойчивость разряда благодаря растущей в целом ВАХ. Но это была "пассивная" стабилизация, которая в отличие от "активной" стабилизации не содержит специальных датчиков состояния системы. Одной из первых систем стабилизации плазменной конфигурации была система стабилизации положения плазменного шнура в токамаке. Это плазменное кольцо из-за протекающего по нему тока стремится расшириться. Этому можно противодей- 8.5. Активные методы стабилизации плазменных неустойчивостей 459 ствовать, если поместить плазму в сверхпроводящий 0 короб: тогда магнитное поле между хорошо проводящим шнуром и непроницаемой для поля стенкой будет при расширении кольца сжиматься (усиливаться), что и остановит этот процесс. Однако, сверхпроводящие кожухи неудобны, а медные непригодны из-за роста скин-слоя при больших временах удержания. Рис. 8.5.1. Схема активной стабилизации диамет- ра плазменного шнура в токамаке: 1 — датчики размера шнура, 2 — регулятор тока в управляю- щих катушках, 3 — управляющие катушки Рис. 8.5.2. Схема активной ста- билизации локальных возмущений плазменной конфигурации A) с по- мощью слоя датчиков B), и слоя локально возбуждаемых токов кон- туров Поэтому сейчас используется активная система стабилизации положения кольца с обратной связью, блок-схема которой изображена на рис. 8.5.1. В нее входят магнитные катушки — датчики положения кольца, система обработки информации и управления током в силовых катушках, создающих магнитное поле с преимуще- ственным направлением вдоль оси системы. Изменяя величину магнитного поля, мы изменяем величину амперовой силы ~ JqH±_ и тем самым управляем размерами коль- ца. Следует отметить, что в настоящее время показано преимущество плазменных шнуров с вытянутыми сечениями, а без обратных связей они неустойчивы. В приведенных примерах стабилизировался некий интегральный параметр. Оче- видно, в принципе можно воздействовать не на систему в целом, а на любой ее фрагмент, имея соответствующие датчики и средства воздействия — рабочие органы стабилизатора. Впервые теоретическая модель стабилизации распределенных неустойчивостей плазменного шнура с помощью системы с обратными связями было рассмотрено А. И. Морозовым и Л. С. Соловьевым в 1964 году [215]. Принципиальная схема рассмотренной там системы изображена на рис. 8.5.2. В качестве исполнительных органов рассматривалась мозаика катушек изменяв- ших локально напряженность магнитного поля около шнура в соответствии с сигна- лом локального датчика. Там же в работе отмечалось, что, используя пучки нейтральных атомов и на- правленные потоки СВЧ волн, можно воздействовать и на внутренние области 1) Роль сверхпроводника в первых токамаках с относительно коротким временем жизни играл толстый медный "кожух" с относительно тонким скин-слоем. 460 Гл. 8. Неустойчивости и самоорганизация плазмодинамических систем шнура. Публикация этой статьи вызвала целый ряд обстоятельных теоретических исследований, а также экспериментальные реализации идеи. Здесь мы коротко рассмотрим выполненные в ИАЭ экспериментальные исследо- вания стабилизации колебаний обратными связями в пробочной ловушке с редкой плазмой (В. В. Арсенин, В. А. Чуянов с сотр., 1967-76 гг. [216]).
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Активные методы стабилизации плазменных неустойчивостей» з дисципліни «Введення в плазмодінаміку»
