МГД-Неустойчивости - Бейтман Г.
Скачать (прямая ссылка):
27. Копни Б. и др. — Физика плазмы, 1976, т. 2Г с. 533—535.
28. Waddell В. V., Laval G., Rosenbluth М. N. Report ORNL/TM-5968, Oak Ridge, 1977.
29. Busuac M. N. e, a. IAEA Berchtesgaden Conf., 1977, v. 1, p. 607—613.
30. Waddell В. V. e. a.— Nucl Fusion, 1976, v. 16, p. 528—532.
В дополнение к обзорным статьям [1, 2] резистинные перестановочные моды изучались в работах:
31. Giasser A, H., Greene J. Mn Johnson J. L. —Phys. Fluids, 1976, v, І9, p. 567—574.
32. Mikhailovskii A. B. —Nucl. Fusion, 1975, v. 15, p. 95—102. ¦
33. Johnson J. L., Greene J. JYl. — Plasma Phys., 1967, v. 9, p, 611—629.
34. Coppi B., Greene J. M.p Johnson J. L. — Nucl. Fusion, 1966, v, 6, p. 101—117.
35. Roberts К. V., Taylor J. B. —Phys. Fluids, 1965, v. 8, p, 315—322.
36. Dagaslan R. Y. —Ibid,, 1976, v. 19, p. 169—170.
37. Dagasian R, Y., Paris R. B, — Ibid., 1977, v, 20, p. 917—927. В тексте также были ссылки на работы:
38. Rosenbluth М. N., Dagaslan R. Y., Rutherford Р. Н. — Phys. Fluids, 1973, v. 16, р. 1894—1902.
39. Jahns G. L. е. a. —Nucl. Fusion, 1978, v. 18, p. 609—628.
40. Callen J. D., Jahns G. L. —Phys. Rev. Lett 1977, v. 38, p. 491—494.
Глава 11. СРАВНЕНИЕ ТЕОРИИ С ЭКСПЕРИМЕНТОМ
В тороидальных системах для удержания плазмы наблюдаются по крайней мере пять типов крупномасштабных неустойчивостей.
1. Пилообразные колебания или внутренние срывы наблюдаются как релаксационные колебания на мягком рентгеновском излучении из центральной части плазменного шнура.
2. Колебания Мирнова, которые являются регулярными колебаниями магнитного поля и могут быть зафиксированы снаружи от плазменного шпура. Они соответствуют движущейся винтовой структуре, которую можно наблюдать по сигналу мягкого рентгеновского излучения из областей вблизи края плазмы.
3. Неустойчивость срыва, которая проявляется как резкое расширение профилей температуры и плотности тока, сопровождающееся большим отрицательным выбросом на напряжении обхода, резкой лотерей убегающих электронов и многими другими эффектами.
4. Винтовая неустойчивость т = 1, которая выбрасывает плазму на стенку и наблюдается, если 4гр<1.
12 Зак. 1G0O
169
5. Неустойчивость типа перетяжек т = 0, которая возникает^ когда тороидальное поле фактически отсутствует, и возбуждает большие локальные электрические поля и быстро нарушает удержание плазмы.
Первые два типа неустойчивостей слабые и наблюдаются в нормальных режимах тока мака. Третья неустойчивость может сорвать разряд и повредить стенки, но ее можно избежать тщательным выбором рабочих параметров. Последние две неустойчивости были препятствиями на заре исследований, но они легко устраняются при использовании сильного тороидального магнитнога поля. Существуют и другие типы неустойчивостей и другие способы классификации экспериментальных наблюдений, но в настоящее время эксперименты на токамаках обычно используют представленную здесь классификацию.
Основной темой этой главы будут пилообразные колебания, колебания Мирнова и неустойчивость срыва. Мы сделаем попытку описать картину каждого из этих явлений, основанную на некоторых теоретических представлениях, и увидим, где еще необходимы дальнейшие исследования. Поскольку полное сравнение теории с экспериментом не входит в задачу этой главы, здесь даны ссылки на большое число статей, где такое сравнение сделано. Чтобы избежать ненужного повторения, за описанием экспериментальных наблюдений этих неустойчивостей мы отсылаем читателя: к их обзору в гл. L
§ 11.1. ПИЛООБРАЗНЫЕ КОЛЕБАНИЯ
Очень убедительную картину развития пилообразных колебаний разработали Джанс и др. [1]. Отдельные части такой модели" были ранее предложены Б. Б. Кадомцевым[3], Сайксом и Вессо-ном [5] и др. Согласно этой модели пилообразные колебания являются результатом конкуренции двух эффектов. Во-первых, плотность продольного тока стремится сконцентрироваться на магнитной оси, так как центр плазмы, вообще говоря, нагревается более быстро, чем край — так называемая «тепловая неустойчивость» 16]. Если плотность тока возрастет настолько сильно, что значение q упадет ниже единицы на магнитной оси, то становится неустойчивой резистивная тиринг-мода W= 1, п—\, которая приводит к уплощению профилей температуры и тока вблизи центра плазмы. Как мы увидим ниже, неустойчивость т=1 может нарастать взрывным образом, приводя к резкому падению температуры непосредственно за поверхностью д=\. Затем все возвращается к медленным временным изменениям, избыток температуры за поверхностью </~1 рассасывается, н центр плазмы снова нагревается, что приводит в конце концов к следующему пилообразному колебанию.
В этом параграфе будут суммированы результаты работ
170
Джапса и др. [1] и Каллепа н Джанса [2], которые были специально посвящены отысканию количественного согласия между теоретическими предсказаниями и эксперименталытъшн наблюдениями пилообразных колебаний. Во-первых, мы рассмотрим те эффекты, которые относятся к моде т=1, а затем рассмотрим процессы переноса, обусловливающие осеснмметричную часть m = 0 пилообразных колебаний.
