Розвиток теорії хвильових процесів у плазмі з енергійними йонами в токамаках, стелараторах та сферичних торах. Застосування теорії для інтерпретації експериментальних даних і числового моделювання експериментів, де спостерігалися ефекти енергійних йонів.
Аннотация к работе
Актуальність теми дисертації обумовлена тим, що, по-перше, сучасні термоядерні експерименти проводяться в режимах, де енергійні йони суттєво впливають на процеси в плазмі та характеристики плазми і, по-друге, наразі розробляються проекти термоядерних реакторів та споруджуються пристрої нових поколінь, зокрема, міжнародний термоядерний реактор ITER. Зокрема, до виконання досліджень, що увійшли до цієї дисертації, не було ясності у питаннях про спектр альфвенівських коливань у стелараторах та механізми збудження цих коливань енергійними йонами, про вплив нестійкостей на енергійних йонах на транспортні властивості плазми, про поведінку енергійних йонів та термоядерне горіння в плазмі з пилчастими коливаннями, про вплив високого ? (? - відношення тиску плазми до тиску магнітного поля) на нестійкості плазми в сферичних торах. Крім того, дослідження з теми дисертації виконувалися в рамках проектів Фонду цивільних досліджень та розвитку США (CRDF) та Уряду України №UP2-290 "Поведінка високоенергійих йонів у плазмі з пилчастими коливаннями", №UP2-2114 "Енергійні йони в сферичних торах", №UP2-2419-KV-02 "МГД-явища та надтеплові йони в компактних осесиметричних та квазі-осесиметричних плазмових торів" та №UKP-2463-KV-05 "Колективні процеси в плазмі сферичних торів з високоенергійними йонами", Партнерського проекту Науково-технологічного центру в Україні, Інституту фізики плазми Макса Планка (Німеччина) та Інституту ядерних досліджень НАН України Р-034 "Енергійні йони в пристроях ядерного синтезу", проекту Науково-технологічного центру в Україні №4588 "Йони високих енергій у токамаках та стелараторах: фізичні проблеми, діагностика і нагрівання плазми". У роботі поставлено такі завдання, спрямовані на досягнення цієї мети: l Знайти власні моди у щілинах альфвенівського континууму, спричинених відсутністю аксіальної симетрії магнітної конфігурації стелараторів. l Зясувати вплив стисливості плазми на альфвенівський континуум і альфвенівські моди. l Зясувати існування альфвенівських мод у стелараторах з немонотонним профілем обертального перетворення силових ліній магнітного поля. l Побудувати теорію альфвенівських нестійкостей у плазмі стелараторів з урахуванням скінченної ширини орбіт енергійних йонів. l Вивести рівняння для низькочастотних коливань плазми з урахуванням скінченної діамагнітної частоти електронів та йонів і дослідити ці рівняння. l Виконати числове моделювання експериментів на стелараторах W7-AS (Німеччина) і LHD (Японія), де спостерігалися альфвенівські нестійкості плазми. l Розглянути можливість існування нетрадиційних - високочастотних-фішбон-нестійкостей у токамаках. l Зясувати вплив високого ? та малого ширу в центральній області в сферичних торах на фішбон-нестійкості. l Знайти фізичні механізми впливу нестійкостей плазми, що збуджуються йонами, на утримання енергії в плазмі, запропонувати пояснення відповідним експериментам. l Дослідити вплив пилчастих коливань в токамаках на транспорт енергійних йонів та термоядерне горіння. l Розробити числові коди для дослідження й моделювання процесів, повязаних з енергійними йонами, в плазмі тороїдальних систем. А саме, відкрито резонансну континуумну моду (RCM - Resonance Continuum Mode) і нерезонансну щілинну моду (NGM - Non-resonance Gap Mode). l Показано, що наявність "долини" в рівноважному магнітному полі у плазмі з високим ? є стабілізуючим фактором, який при певних умовах призводить до абсолютної стійкості фішбон-моди. l Показано, що нестійкості плазми, що збуджуються енергійними йонами в токамаках і стелараторах, можуть значно впливати на електронні потоки тепла (але не на потоки частинок) поперек магнітного поля. l Виявлено групу енергійних йонів, які можуть істотно зміщуватися по радіусу плазми, рухаючись по супербананових орбітах під дією пилчастих коливань у токамаках. l Доведено можливість періодичних спалахів потужності термоядерного реактора в режимі з пилчастими коливаннями.У вступі обґрунтовується важливість і актуальність теми дисертаційної роботи та необхідність дослідження колективних явищ у плазмі з енергійними йонами в токамаках та стелараторах, показано звязок цих досліджень з науковими програмами і темами, сформульовано мету і завдання досліджень, розкрито наукову новизну одержаних результатів та їхнє практичне значення, визначено особистий внесок здобувача в наукових працях, опублікованих разом із співавторами, наведено відомості про апробацію результатів та публікації за темою дисертації. Описано неперервний та дискретний спектри магнітогідродинамічних збурень у тороїдальній плазмі, розглянуто збудження нестійкостей плазми енергійними йонами та механізми загасання альфвенівських коливань, обговорено вплив альфвенівських нестійкостей на енергійні йони та плазму, розглянуто пилчасті коливаннями та їх вплив на енергійні йони. У розділі 2 вивчаються магнітогідродинамічні хвилі у стелараторах і токамаках, а саме, щілинні альфвенівські власні коливання та континуумні вл