Способ возбуждения медленных кинетических волн в магнитоактивной плазме

 

Изобретение относится к способам возбуждения волн в плазме и может быть использовано в целях дополнительного нагрева плазмы в тороидальных ловушках. Целью изобретения является повышение эффективности возбуждения медленных кинетических волн. Для этого перед возбуждением электромагнитных волн частотой ω≤NΩ<SB POS="POST">CI</SB>(0), где N=2,3,4,..., Ω<SB POS="POST">CI</SB>(0) - частота, соответствующая циклотронному резонансу для основных ионов на границе плазмы, в периферийную плазму вводят добавку ионов, для которых выполняется условие NΩ<SB POS="POST">CI</SB>(0) = MΩ<SB POS="POST">C</SB>(0), где M=1,2,3,..., причем M*98N, а ω<SB POS="POST">C</SB>(0) - частота, соответствующая основному ионному циклотронному резонансу для ионов добавки на границе плазмы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU „„1603544

А1

Щ)5 Н 05 Н 1/00

И -И 36М

"" 1t > П; !:. 3iQH. -,-"- ij:<(): Е jp

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ са ng„(0), где и 2,3,4,...;

С1 (О) - круговая частота, соответствующая ионному циклотронному резонансу для основных ионов на границе плазмы.

В периферийную плазму перед возбуждением электромагнитных. (МЭ) волн вводят добавку ионов, для которых выполняется усповие пу (0) ma (О) (2) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4680758/31-25 (22) 18.04.89 (46) 30.10.90. Бюп. У 40 (72) А,В,Лонгинов, В.А.Лукинов. и С.С.Павлов (53) 533.9 (088. 8) (56) Лонгинов А.В. Возбуждение электромагнитных волн в плазме с помошью продольных электрических полей.- ЖТФ, 1972, т. 42, У 8, с. 1591.

Sy hè.Þ.-е Slow ave antenna conpling to ion 8erhstein vaves for

plasma heating in TCRF.— Iuclear Fusion, 1985, Ч. 25, Ф 7, р. 795. (54) СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ YEgJIEHHblX

КИНЕТИЧЕСКИХ ВОЛН В МАГНИТОАКТИВ- НОЙ ПЛАЗМЕ (57) Изобретение относится к спосо-

Изобретение относится к способам возбуждения волн в плазме и может быть использовано в целях дополнительного нагрева плазмы, поддержания стационарного тока в плазме, а также создания двухкомпонентного режима термоядерного горения в тороидальных ловушках, в том числе в термоядерном реакторе.

Целью изобретения является повышение эффективности возбуждения медленных кинетических (МК) волн.

Цель достигается путем возбуждения МК-волн в магнитоактивной плазме с помощью антенных устройств с частотой

2 бам возбуждения волн в плазме и может быть использовано в целях допол-. нительного нагрева плазмы в тороидальных ловушках. Целью изобретения является повышение эффективности возбуждения медленных кинетических волн. Для этого перед возбуждением электромагнитных волн частотой (д (пЯ (О), и 2,3,4,..., (Д;(О) — частота, соответствующая циклотронному резонансу для основных ионов на границе плазмы, в периферийную плазму вводят добавку ионов, для которых выполняется условие

nQ<, (О) ш у (О), где m 1,2,3, ° ° °, причем ш (и, а сд (О) — частота, соответствуюшая основному ионному циклотронному резонансу для ионов добавки на границе плазма. где m = 1,2,3,0, ° . °, причем m (и;

Ы (О) — круговая частота, со1603544 ответствующая основному ионному циклотронному резонансу для ионов на границе плазмы, при этом при ш = I относительная концентрация ионов добавки выбирается в соответствии с условием п А Е (2- и Яс, (О) 10

Z 2 (О) г. где и — концентрация ионов добавки и, — концентрация основных ио" нов !

А — массовое число для ионов добавки, А — массовое число для основ". ных ионов, 20

Z — зарядовое число для ионов добавки, Z - зарядовое число для основных и онов

В этом случае непосредственное воз-25 буждение МК-волн с периферии плазмы, например, с резкой границей, с помощью внешних антенных устройств, расположенных вблизи границы плазмы, достигается благодаря связи возбуж- 30 даемой МЭ-волны, являющейся нераспро:,страняющейся, если Q ñ <пя;,(О), и

TIK-волны за счет неоднородности плаз;мы (в данном случае резкой границы), Такая связь может быть достаточно сильной, если поперечная длина MK-волны не очень мала. Однако в реальных условиях из-за низкой ионной температуры на периферии плазмы поперечная длина МК-волны очень мала, что и обусловливает слабую связь медленной

МЭ- и МК-волн и, следовательно, сильное отражение МЭ-волны, возбуждае" мой антенной системой в вакуумном промежутке, от границы плазмы. Это 4 приводит в случае использования такового возбуждения к высокому уровню колеблющейся (реактивной) мощности по сравнению с излучаемой в плазму (активной), а в случае потенциального возбуждения (использования антенн поверхностных волн) - к большой длине затухания поверхностных волн, особенно если велика расстройка частоты возбуждаемой волны относительно частоты ионного циклотронного резонанса ((Д пЯ„ ) .

Благодаря вводу в периферийную плазму добавки ионов, для которых выполняется условие (2) точка ионно3 го циклотронного резонанса для добавки (У тЯ ) совпадает с точкой циклотронного резонанса (Ю = пИ„) для основных ионов, поскольку и и

m — целые числа. Поэтому в области, где сд (nQ„, как в отсутствие добавки, так и при ее наличии MK-волна является распространяющейся в области высокой плотности плазмы, что необходимо для проникновения МК-ванны вглубь плазмы.

Благодаря использованию такorо сорта добавки, для которой mc и, в случае m = 1 поперечный ток в плазме, обусловленный основными; ионами, ос" лабляется поперечным током, вызывае" мым ионами добавки (знаки этих токов различны при m = l ), Ослабление тока приводит к уменьшению поперечного волО нового числа MK-волны.

Уменьшение поперечного волнового числа MK"âîëíû приводит к усилению связи МЭ- и NK-волн (поскольку поперечные показатели этих волн сближаются по величине) и, следовательно, усилению возбуждения MK-волны. С увеличением концентрации ионов добавки этот эффект усиливается. При этом, если концентрация ионов добавки„увеличивается до значений, при которых п (О) < п,;, где п;; — плотность эле-. ктронов, соответствующая условию ионионного гибридного резонанса Ян = О, (E ц — компонент тензора диэлектрической проницаемости), МЭ-волна становится распространяющейся, что еше больше усиливает эффективность возбуждения ввиду одинаковой природы падающей на границу электромагнитной волны иволны, распространяющейся вгубль плазмы. В этом случае электромагнитная волна, распространяющаяся вглубь плазмы в точке ион-ионного гибридного резонанса (в обычных условиях неоднородной плазмы с нарастающей от границы плазмы плотностью) трансформируется в МК-волну, распространяющуюся вглубь плазмы. Однако при дальнейшем увеличении концентра" ции наступает ситуация, когда МЭ-волна не достигает зоны ион-ионного гибридного резонанса иэ-за возникновения зоны непрозрачности (МЭ-волна трансформируется в быструю волну перед заной непрозрачности и таким образом в этом случае электромагнитная энергия не может проникнуть вглубь

44 6 относительно холодного газа на периферии плазмы, что затрудняет проникновение ионов добавки в центр плазменного шнура.

Формула изобретения

Способ возбуждения медленных кинетических волн в магнитоактивной плазме, включающий возбуждение электромагнитных волн с помощью антенных устройств с частотой

u3 < na, (0) и А Z CD è О,(0) ° A Я" < (О) 1 где и и, А концентрация ионов добавки, концентрация основных ионов, массовое число для ионов добавки, массовое число для основных ионов, зарядовое число для ионов добавки, зарядовое число для основных ионов, А

Составитель Г.Шергин

Техред Л.Олийнык Корректор Т. Колб

Редактор Л. Пчолинская

Заказ 3394 Тираж 680 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,!01

5 16035 плазмы) . Поэтому при m = 1 концентрация ионов добавки выбирается не больше критической, определяемой возникновением указанной зоны непрозрачности. Условием отсутствия такой зоны

5 непрозрачности является использование такой концентрации ионов добавки, при которой зона ион-ионного гибридного резонанса не возникает в глубине плазмы, для чего концентрация ионов добавки должна удовлетворять условию (3). Это условие получается из неравенства Я „ с 1.

Так как в плазме, состоящей из 15 двух сортов ионов, вызывающих поперечные токи в плазме одного знака, значение поперечного показателя преломления находится между значениями поперечных показателей преломления для плазмы, состояшей либо только as одного сорта ионов, либо только иэ другого сорта, то и в случае 2 (mc.n введение ионов добавки приводит к уменьшению поперечного волнового числа MK-волны. При этом это уменьшение может быть сильным даже при относительно низкой концентрации ионов добавки. Уменьшение поперечного волнового числа, как и в случае m 1, 30 приводит к усилению связи МЭ- и YKволн и, следовательно, к усилению возбуждения MK-волны.

Особенностью способа являетоя то, что повышения эффективности возбуждения MK-волны можно достичь при использовании относительно невысоких концентраций ионов добавки (5-10X) при этом такая концентрация необходима только на периферии плазменно- 4О

ro шнура (в области возбуждения ИКволны). Поэтому в больших системах типа реактор-токмак, где поддержание плотности осуществляется в основном за счет инжекции крупинок 45 в центр плазменного шнура, концентрация ионов добавки в центре шнура может быть совершенно незначительной ((IX) так как инжекцию ионов добавки можно осуществлять. напуском 5О где n. = 2,3,4,..., CD ;(О) — частота, соответствующая ионному циклотронному резонансу для основных ионов на границе плазмы, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности возбуждения медленных кинетических волн, в периферийную плазму перед возбуждением электромагнитных волн вводят добавку ионов, для которых выполняется условие n63c (О) = шала, (О), где ш 1,2,3,..., причем ш(п, а Ю (О.) - . частота, соответствуюшая ионному циклотронному резонансу для ионов добавки на границе плазмы, при этом для ш = I.относительная концентрация ионов добавки выбирается в соответствии с условием