На рис. 16.1, 16.2 и 16.3 в качестве типичных примеров пред- представлены устройства больших токамаков JET, JT60U и TFTR. На этих рисунках можно увидеть катушки тороидального по- поля, катушки поля равновесия (еще их называют катушками поло- идального поля, они создают вертикальное поле и поле, обеспе- обеспечивающее нужную форму сечения плазменного шнура), катушки омического нагрева (первичные обмотки трансформатора тока — индуктора) и вакуумную камеру. Иногда под «катушками полои- дального поля» подразумеваются как катушки поля равновесия, так и катушки омического нагрева. Увеличение тока в первичных обмотках трансформатора тока (в катушках омического нагрева) индуцирует ток в плазме, работающей как вторичная обмотка. В установке JET трансформатор тока относится к типу трансфор- трансформаторов с железным сердечником. В токамаках JT60U и TFTR использован тип трансформатора с воздушным сердечником. Ва- Вакуумная камера обычно делается из тонкого листа нержавею- 1) Термин «токамак» был придуман И. Н. Головиным. — Примеч. ред. 278 Гл. 16. Токамак Внутренние / PFC Sill-- vv Внешние " PFC Рис. 16.1. Зарисовка художником установки JET (Joint European Torus) в г. Абингдон графства Оксфордшир, Англия. Катушки тороидального поля (TFC) располагаются вокруг вакуумной камеры (VV). Катушки внешнего полои- дального поля (внешние PFC, катушки поля равновесия) и катушки внут- внутреннего полоидального поля (внутренние PFC, катушки омического нагрева) намотаны в тороидальном направлении снаружи катушек тороидального поля (TFC). В установке JET используется трансформатор тока (ТС) с железным сердечником. Катушки тороидального поля поддерживаются механическими устройствами (MS), позволяющими избежать значительного скручивания из-за поля равновесия. Напечатано с разрешения JET Joint Undertaking ICRF ¦акуумная накачка Рис. 16.2. Вид с высоты птичьего полета токамака JT60U Японского исследо- исследовательского института атомной энергии (JAERI) §16.1. Установки токамак 279 Обмотки полоидального поля Защита Обмотки тороидального поля Ионные источники Вакуумная камера Токоиндуцированные Инжектор обмотки нейтральных атомов Рис. 16.3. Вид с высоты птичьего полета установки TFTR (Tokamak Fusion Test Reactor) в Лаборатории физики плазмы Принстонского университета щей стали или жаропрочного никелевого сплава и имеет зна- значительное электрическое сопротивление в тороидальном направ- направлении. Таким образом, электрическое напряжение, наведенное первичными обмотками, может проникать сквозь нее. Тонкая вакуумная камера называется «лайнер». Перед началом экспери- экспериментов этот лайнер обезгаживают, нагревая его до температуры 150-400 °С и выдерживая в вакууме длительное время. Кроме Т-4 Т-10 PLT TFTR JET JT60U Параметры токамаков. R, а, R 1,0 1,5 1,32 2,48 2,96 3,4 a(xb) 0,17 0,39 0,4 0,85 1,25(х2,1) 1,1(х1,4) R/a 5,9 3,8 3,3 2,9 2,4 3,1 Ъ в м, Вх 5,0 5,0 3,2 5,2 3,45 4,2 Bt в Т у h 0,3 0,65 0,5 2,5 7 6 Таблица 16.1 [, /р в МА Примечания компактный некруглое сечение JT60 модерн. того, перед проведением основного эксперимента в установке создается плазма со слабым тороидальным полем, чтобы этим разрядом почистить стенку лайнера. Внутри лайнера расположе- расположена диафрагма, сделанная из вольфрама, молибдена или графита, которая ограничивает размер плазмы и минимизирует взаимодей- взаимодействие этой плазмы со стенкой. Эта диафрагма называется лими- 280 Гл. 16. Токамак тером. Недавно вместо лимитера стали использовать дивертор- ную конфигурацию. В этом случае граница плазмы определяется особой магнитной поверхностью — сепаратрисой (см. разд. 16.5). Проводящая оболочка (кожух), окружающая плазму в области вне лайнера, обеспечивает позиционное равновесие плазменного шнура и стабилизирует МГД неустойчивости на протяжении ски- нового времени. Величина вертикального поля контролируется обратной связью так, чтобы всегда держать плазменный шнур в центре лайнера. За минувшие годы в установках токамак было сделано много усовершенствований. Для улучшения поведения плазмы в токамаке и других тороидальных установках важное значение имеет точность задания магнитного поля. Параметры типичных установок токамак приведены в табл. 16.1. Простым и полезным способом контроля за поведением плаз- плазмы являются измерения при помощи магнитных зондов. Напря- Напряжение обхода VL и ток в плазме /р могут быть измерены со- соответственно магнитным зондом и поясом Роговского [4]. Элек- Электронную температуру можно оценить по формуле Спитцера для удельного сопротивления плазмы, рассчитанного приближенно по VL и /р. Согласно F.18), полоидальное бета /?р можно запи- записать в виде ^Bv), A6.1) где \Вф\г — Вф\ ^ \В(р\ и Вш = fiolp/2ira. Поскольку диамагнит- диамагнитный поток 5Ф равен то Таким образом, измерение диамагнитного потока 8Ф позволя- позволяет определить /?р и давление плазмы. Положение плазмы можно определить с помощью магнитных зондов д\, g<i, расположен- расположенных вокруг плазмы, как показано на рис. 16.4, а. Поскольку необходимая величина Bj_ вертикального поля равновесия свя- связана с величиной Л — Рр + k/2 — 1 A[ — нормированная внут- внутренняя индуктивность), то значение Л можно оценить по В±. Флуктуации интенсивности тормозного мягкого рентгеновского излучения следуют за флуктуациями электронной температуры. Эти флуктуации локализованы на рациональных поверхностях (<fe(f) — 1,2,...). Модовое число и направление распространения возмущения можно оценить из показаний массива твердотель- = Рис. 16.4. а — расположение магнитных зондов вокруг плазмы (величина Л на рисунке отрицательна); б — массив рентгеновских (мягкий рентген) твердотельных детекторов. Основной вклад в сигнал каждого такого детектора дает излучение из области пика температуры вдоль линии «зрения» детектора. Флуктуации электронной температуры в этой точке могут быть измерены ных детекторов, показанных на рис. 16.4, б. Когда расположение рациональных поверхностей измерено, то можно оценить и ради- радиальный профиль тока, знание которого нужно при исследовании МГД устойчивости.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Установки токамак» з дисципліни «Основи фізики плазми і керованого синтезу»
