Электрический потенциал в плазме тороидальных установок тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

005у 1 На правах рукописи

МЕЛЬНИКОВ Александр Владимирович

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ В ПЛАЗМЕ ТОРОИДАЛЬНЫХ УСТАНОВОК

Специальность 01.04.08 - физика плазмы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук „

Москва — 2011

005010421

Работа выполнена в Институте физики токамаков Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор

Курнаев Валерий Александрович (НИЯУ МИФИ)

доктор физико-математических наук, профессор

Батанов Герман Михайлович (ИОФРАН)

доктор физико-математических наук, профессор

Попов Александр Михайлович (МГУ)

Ведущая организация:

Учреждение Российской академии наук «Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН», г. Санкт-Петербург

Защита состоится «______» _____________ 2012 г. в _____ часов на заседании

диссертационного совета Д 520.009.02 при Национальном исследовательском центре «Курчатовский институт» по адресу:

123182, г. Москва, пл. Ак. Курчатова, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИЦ «Курчатовский институт».

Автореферат разослан« » 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат физико-математических наук

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В диссертации представлены результаты экспериментального исследования электрического потенциала плазмы тороидальных магнитных ловушек с помощью зондирования плазмы пучком тяжелых ионов. Приведены описания разработанных диагностических комплексов для зондирования плазмы токамака Т-10 и стелларатора Т.Г-11, и полученные с их помощью результаты измерений стационарных профилей потенциала плазмы и его осциллирующей компоненты в виде квазимонохроматических и широкополосных колебаний. Исследован широкий спектр режимов трех установок: ТМ-4, Т-10 и П-П с различными методами нагрева плазмы, и выявлены общие закономерности в поведении электрического потенциала в замагниченной плазме.

Актуальность работы

Исследование электрических полей является одной из актуальных научных проблем, существующих в настоящее время в физике плазмы. Эти исследования связаны как с фундаментальной проблемой -описанием природы (феномена) возникновения электрического поля в квазинейтральной плазме, так и с прикладной проблемой - влиянием электрического поля на процессы переноса в плазме замкнутых магнитных конфигураций [1].

Известно, что в процессах переноса доминируют аномальные механизмы, связанные с плазменной турбулентностью. В настоящее время в исследованиях по магнитному удержанию доминирует гипотеза о стабилизации плазменной турбулентности и аномального переноса с помощью шира (радиальной неоднородности) полоидального вращения плазмы в скрещенных радиальном электрическом Ет и тороидальном магнитном В1 полях [2]. Однако, эта гипотеза имеет, как подтверждения,

так и контрпримеры в эксперименте, поэтому вопрос о роли Ег в удержании плазмы по-прежнему остается открытым.

Исследования роли Et в удержании плазмы и плазменной турбулентности в замкнутых магнитных ловушках приобрели необычайную популярность в физике плазмы в последние годы. На Европейских конференциях по физике плазмы (EPS Conference on Plasma Physics), Международных конференциях по термоядерной энергетике (IAEA FEC - Fusion Energy Conference) и Конгрессах по физике плазмы (Congress on Plasma Physics) докладываются результаты экспериментальных и теоретических исследований, которые проводятся практически на всех токамаках и стеллараторах, существующих в мире в настоящее время. Этой важной теме посвящается специальное тематическое международное совещание (REFPCE - Role of Electric Field in Plasma Confinement and Exhaust), которое проводится ежегодно как присоединенное совещание к Европейским конференциям (EPS satellite meeting).

Другие конференции по физике плазмы, такие как, например, Международная Токи конференция (International Toki Conference, ITC), Международное совещание по проблемам стеллараторов (International Stellarator Workshop), Европейская конференция по теории плазмы (European conference on plasma theory) и Международная Школа-конференция в Алуште (Alushta International Conference-School) посвящают множество докладов исследованию различных явлений, связанных с электрическими полями, вращением плазмы и турбулентности. В течение последних 6 лет в рамках Алуштинской конференции работает Совещание по электрическим полям в токамаках и стеллараторах.

Результаты экспериментальных исследований электрических полей, их стационарных значений и осциллирующих компонент, проведенных в последнее время, приведены в обзорах [3, 4, 5]. Экспериментальное исследование электрических полей в термоядерной плазме представляет

собой трудную задачу. Применение электрических зондов ограничено придиафрагменной областью. Спектроскопические методы измерения скорости вращения плазмы требуют не только сложной техники, но и определенных допущений при интерпретации измерений. Таким образом, диагностические возможности для исследования электрического поля весьма ограничены. Наиболее прямым методом измерений потенциала в горячей плазме является зондирование пучками тяжелых ионов (Heavy Ion Beam Probing - HIBP) [6].

Настоящая работа посвящена развитию диагностического метода HIBP, и исследованию с его помощью электрического потенциала и турбулентности плазмы в токамаках ТМ-4, Т-10 и стеллараторе TJ-II.

Целыо настоящей работы является исследование электрического потенциала и турбулентности в термоядерной плазме, описание свойств его стационарной и осциллирующей компонент, поиск взаимосвязи между электрическим потенциалом и удержанием плазмы.

Исходя из этой цели, решались следующие основные задачи по изучению электрического потенциала:

• Разработка диагностической аппаратуры для зондирования пучком тяжелых ионов горячей плазмы современных термоядерных установок T-IOhTJ-II.

• Развитие диагностического метода HIBP, применение его для исследования характеристик турбулентности и потенциала плазмы в установках Т-10 и TJ-II.

• Исследование пространственно-временной структуры потенциала, определение его характерных масштабов.

• Исследование квазикогерентных и широкополосных колебаний потенциала и плотности плазмы.

• Исследование турбулентного потока частиц в горячей зоне плазмы.

Связь с государственными научно-техническими программами

Диссертация выполнена в соответствии с планом научно-технических работ ИФТ НИЦ "Курчатовский институт" по направлению: «термоядерный синтез» в соответствии с Федеральной целевой научнотехнической программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения», подпрограмма "УТС и плазменные процессы" 1996-2000 годы; Федеральной целевой научно-технической программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2006 годы; Федеральной целевой программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научнотехнологического комплекса России на 2007-2012 годы»; Федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, Федеральной целевой программой «Ядерные энерготехнологии нового поколения на период 2010-2015 годов и на перспективу до 2020 года».

Научная новизна состоит в том, что:

1. Созданы комплексы диагностической аппаратуры для зондирования плазмы пучками тяжелых ионов на установках Т-10 и Т.Г-П, позволившие впервые провести одновременные измерения осцилляций электрического потенциала, плотности и полоидального магнитного поля, а также сравнительный анализ поведения потенциала в токамаке и стеллараторе.

2. Впервые в тороидальных установках проведено систематическое исследование пространственных распределений электрического потенциала плазмы, найдена эмпирическая связь между потенциалом и другими параметрами плазмы, вычислены профили радиального электрического поля и скорости дрейфового вращения УЕхВ, проведено

сравнение УЕхВ с вращением широкополосной плазменной турбулентности.

3. На Т1-П впервые в тороидальных установках проведены измерения турбулентного потока частиц в основной плазме.

4. Впервые исследованы геодезические акустические моды (ГАМ) в режимах с ЭЦР нагревом, обнаружены сателлиты. Амплитуда колебаний потенциала для ГАМ в режимах с ЭЦР нагревом может превышать 100 В. На Т-10 ГАМ имеют предел по плотности и некоторую магнитную компоненту.

5. Впервые на токамаках обнаружены дальние корреляции плотности и потенциала для ГАМ, установлен глобальный характер ГАМ.

6. Впервые установлен перемежаемый (вспышечный) характер ГАМ и модуляция их амплитуды и частоты пилообразными колебаниями.

7. Впервые в тороидальной плазме непосредственно наблюдались колебания электростатического потенциала и полоидального электрического поля Еры в диапазоне альфвеновских собственных мод (АЕ); Афае ~ Ю В, АЕрог~ 10 В/см. Впервые с помощью Н1ВР измерены полоидальные номера мод и скорости полоидального вращения для АЕ, возбуждаемых в горячей зоне плазмы и исследован вклад АЕ в турбулентный поток частиц ГЕхв-

8. На Т1-П обнаружены новые типы неустойчивостей, а именно, моды, резонансные по плотности, и моды, связанные с надтепловыми электронами, исследованы их свойства.

Научное и практическое значение полученных результатов

Значение результатов диссертационной работы для прикладных задач и теории физики плазмы определяется тем, что работа направлена на решение проблемы, связанной с изучением общих свойств и закономерностей поведения электрического потенциала и турбулентности плазмы.

Полученные результаты:

1. могут быть использованы для измерения стационарных профилей и флуктуаций потенциала и плотности высокотемпературной плазмы тороидальных установок (токамаков и стеллараторов) методом зондирования пучком тяжелых ионов;

2. будут способствовать построению теоретических моделей, адекватно описывающих перенос частиц и перенос заряда в плазме, и могут использоваться для теоретического моделирования и оценки процессов диффузии и теплопроводности в термоядерных установках;

3. могут найти применение в получении режимов с улучшенным удержанием плазмы;

4. могут найти применение для оценки влияния различных типов плазменных неустойчивостей, например собственных альфвеновских мод, на перенос частиц и энергии в плазме современных установок и в будущем термоядерном реакторе;

Кроме того, результаты диссертационной работы могут быть использованы для разработки новых образцов диагностической аппаратуры для зондирования плазмы современных термоядерных установок и будущего реактора.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Создание комплексов многоцелевой диагностической аппаратуры для зондирования плазмы пучками тяжелых ионов для токамака Т-10 и стелларатора Т1-П.

2. Экспериментальные исследования электрического потенциала в плазме трех установок: круглых токамаков ТМ-4 и Т-10, и стелларатора с пространственной осью Т1-П. Выявление общих свойств потенциала в плазме этих установок, несмотря на существенные различия в их магнитных конфигурациях.

3. Экспериментальное доказательство наличия связи между ростом времени удержания и увеличением отрицательного потенциала в плазме тороидальных установок.

4. Идентификация и исследование свойств геодезических акустических мод (ГАМ) на токамаке Т-10.

5. Экспериментальное исследование ГАМ в режимах с ЭЦР нагревом, обнаружение сателлитов.

6. Экспериментальное обнаружение и исследование свойств собственных альфвеновских мод (АЕ) в стеллараторе Т1-П в режиме с инжекционным нагревом.

7. Экспериментальное исследование турбулентного потока частиц, вызванного альфвеновскими модами. Экспериментальная демонстрация наличия положительного, отрицательного и нулевого потока, порожденного различными ветвями АЕ.

8. Экспериментальное обнаружение и исследование свойств нового типа колебаний, связанных с надтепловыми электронами, в стеллараторе Т1-II в режиме с ЭЦР-нахревом. Экспериментальная демонстрация малости вклада этих колебаний в турбулентный поток, по сравнению с вкладом широкополосной турбулентности.

9. Экспериментальное обнаружение и исследование неустойчивости нового типа - моды, резонансной по плотности, на стеллараторе Т.1-11.

10.Выявление общих закономерностей и конкретных особенностей в формировании электрического потенциала в режимах со спонтанным и вынужденным улучшением удержания в токамаке Т-10 и стеллараторе ТМ1.

Личный вклад автора

Все результаты диссертации получены автором лично или с его

определяющим участием. Он непосредственно участвовал в экспериментах

на термоядерных установках в качестве ведущего экспериментальной

7

программы, руководил работами по развитию диагностики Н1ВР, созданию диагностических комплексов Н1ВР на токамаке Т-10 и стеллараторе П-П, по измерениям потенциала и его флуктуаций на этих установках. Он организовал международные творческие коллективы для модернизации диагностик, проведения совместных экспериментов, их моделирования и теоретической интерпретации. Во всех исследованиях, представленных в диссертации, ему принадлежит постановка научной задачи, обработка экспериментальных данных и их анализ.

Достоверность и обоснованность результатов

основана на анализе экспериментов, проведенных с достаточной статистикой измерений в широком диапазоне параметров плазмы на трех различных установках: Т-10, Т.Г-П, ТМ-4, на сравнении с данными, полученными различными методами на этих и других установках, а также с теорией и численным моделированием. Результаты, полученные автором, нашли своё подтверждение в независимых работах других экспериментальных групп, они прошли апробацию на российских и международных конференциях, опубликованы в ведущих отечественных и зарубежных журналах по физике плазмы.

Апробация работы

Результаты, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на следующих конференциях: 12 и 13 Международных конгрессах по физике плазмы (Ницца, 2004, Киев, 2006); 20 и 21 Международных технических совещаниях МАГАТЭ по физике быстрых частиц (Киев, 2010, Остин, 2011,); 12, 13 и 18 Американских конференциях по диагностике плазмы (Рочестер, 1994, Монтеррей, 1996, Туксон, 2000); Всероссийском Совещании по диагностике высокотемпературной плазмы (С.-Петербург, 1993); Международных технических совещаниях МАГАТЭ по исследованиям на малых термоядерных установках (Прага, 1996, Каир,

1998, Мехико, 2005, Лиссабон 2007); 7 Международном симпозиуме по термоядерным технологиям (Лиссабон, 1996); Международных конференциях по физике плазмы и УТС (Алушта, 2004, 2006, 2008, 2010);

10, 19, 20 и 21 Международных Токи конференциях по физике плазмы и УТС (Токи, 2001, 2009, 2010, 2011); 2-12 Международных совещаниях по роли электрических полей в удержании плазмы (Маастрихт, 1999, Монтре, 2002, Санкт-Петербург, 2003, Ницца, 2004, Таррагона, 2005, Рим, 2006, Варшава, 2007, Херсонес, 2008, София, 2009, Дублин, 2010); 14 и 15 Международных совещаниях по физике стеллараторов (Грейфсвальд, 2003, Мадрид, 2005,); 23, 26, 27, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36 и 37 Европейских конференциях по физике плазмы и УТС (Киев, 1996, Маастрихт, 1999, Будапешт, 2000, Монтре, 2002, Санкт-Петербург, 2003, Лондон, 2004, Таррагона, 2005, Рим, 2006, Варшава, 2007, Херсонес, 2008, София, 2009, Дублин, 2010); Международных конференциях МАГАТЭ по термоядерной энергетике (Виламура, 2004, Женева, 2008, Даеджон, 2010); XXIV -XXXVII Звенигородских конференциях по физике плазмы и УТС (Звенигород, 1997-2010), 9-м Европейско-американском рабочем

совещании по транспорту (Кордоба, Испания 2010), на XXIII Российско-германском совещании по электронно-циклотронному излучению и нагреву (Н. Новгород-Москва 2010), на научном семинаре стелларатора LHD (Токи, Япония, 2009-2010), на научном семинаре Лаборатории плазменной динамики Ренселаеровского Политехнического института (Трой, США, 1992, 1994), на научном семинаре стелларатора Heliotron-J (Киото, Япония, 2010), на научном семинаре стелларатора Wendelstein -7Х (Грейфсвальд, Германия 2007-2009), на научном семинаре отделения физики плазмы исследовательского центра CIEMAT (Мадрид, Испания, 1992-2010), на научных семинарах отделения физики плазмы Национального научного центра «Харьковский Физико-технический институт» (Харьков, Украина, 1991-2010), на научном семинаре токамака ISTTOK (Лиссабон, Португалия, 2006), на научном семинаре токамака

TEXTOR (Юлих, Германия, 1998), на научном семинаре токамака TCV (Лозанна, Швейцария, 2004-2006).

Диссертация в целом и ее отдельные части докладывались на семинарах в НИЦ «Курчатовский институт».

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 43 работах, из которых 42 в реферируемых журналах, в том числе в ведущих иностранных журналах и отечественных журналах из списка ВАК. Их список приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из Введения, четырех глав, Заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 285 страниц, включая 96 рисунков, 4 таблицы и список литературы из 237 наименований.

II. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Глава I посвящена краткому обзору литературы, описанию диагностического метода зондирования плазмы пучком тяжелых ионов и описанию диагностических комплексов на установках ТМ-4, Т-10, TJ-II, с помощью которых получены основные результаты работы.

В § 1 описывается принцип работы диагностики, приводятся математические соотношения для связи между измеряемыми характеристиками пучка и исследуемыми параметрами плазмы, а также постановка задачи оптимизации схемы зондирования, методы ее решения и результаты для некоторых установок. Показано, что HIBP является не только уникальной диагностикой для исследования электрического потенциала плазмы, но и многоцелевой диагностикой для одновременного исследования потенциала, плотности и поля тока плазмы и их колебаний.

В § 2 описывается высоковольтная аппаратура, примененная в диагностике для зондирования плазмы пучком тяжелых ионов.

В § 3 описывается современное состояние диагностического комплекса НІВР на токамаке Т-10, особенности его работы, связанные с сильным тороидальным сносом пучка, и методы получения радиальных распределений потенциала.

§ 4 посвящен диагностическому комплексу НІВР на стеллараторе ТН1. Описана действующая аппаратура и особенности ее работы, связанные с трехмерной структурой траекторий в стеллараторе, методы получения «длинных» радиальных распределений потенциала от стороны слабого поля до стороны сильного поля. Основные параметры установок и диагностики НІВР приведены в таблице 1.

Таким образом, на установках Т-10 и Т1-ІІ были созданы комплексы многоцелевой диагностической аппаратуры для зондирования плазмы пучками тяжелых ионов, позволяющие проводить уникальные измерения профилей электрического потенциала, а также его осцилляций и турбулентного потока частиц (ТІ-ІІ), практически не имея ограничений по режимам работы установок ( ис<4х 1019 м'3).

Таблица 1. Основные параметры исследуемых установок и диагностики.

параметр\установка ТМ-4 ТЫ1 Т-10

7?, м 0.53 1.5 1.5

^ІІШ) М 0.085 0.22 0.3

В„ Тл 1.2-2.0 1.0 1.5-2.5

пе, 1019м"3 0.6-4 0.3-6 1-4

^есіШ) МВт - <0.6 < 1.6

Рывь МВт - <0.9 -

Диагностика НІВР

Еьеатз КЭВ 100 125 300

тип зондир. ионов Св+ Св+ Т1+

исследуемая область 0 < р < 1 -1<р<1 +0.2 < р < 1

Глава II посвящена исследованию свойств радиальных профилей потенциала в токамаках ТМ-4 и Т-10, и в стеллараторе Т1-П.

В §1 описаны условия проведения экспериментов в омических режимах токамака ТМ-4 и приведены основные экспериментальные результаты: зависимость потенциала от плотности плазмы, от положения шнура по вертикали и от величины продольного магнитного поля. Показано, что более сильный отрицательный потенциал и отрицательное поле Ег связаны с улучшением удержания.

В §2 описаны условия проведения экспериментов на токамаке Т-10 в режимах с омическим и ЭЦР нагревом плазмы и приведены результаты измерений стационарных профилей потенциала. Рассмотрен широкий набор режимов, практически полностью охватывающий операционные пределы работы Т-10, от омических режимов с низкой плотностью и низким магнитным полем до режимов с высокой плотностью и большим магнитным полем с омическим и мощным дополнительным СВЧ-нагревом плазмы. Пример эволюции профиля потенциала плазмы при включении нецентрального СВЧ-нагрева приведен на рисунке 1 (а). Также приведены результаты вычисления скорости дрейфового вращения плазмы в скрещенных полях Кехв и сравнения ее со скоростью вращения широкополосной дрейфовой турбулентности Ртикв, измеренной корреляционным рефлектометром. Показано, что при СВЧ-нагреве вращение замедляется, величина потенциала уменьшается и электрическое поле ослабляется, что сопровождается ухудшением удержания.

В §3 описаны условия проведения экспериментов на стеллараторе ТЫ1, рассмотрены режимы с ЭЦР и инжекционным нагревом, в том числе: режимы с низкой плотностью и центральным ЭЦР нагревом, с модуляцией СВЧ-мощности, СВЧ-режимы с различными магнитными конфигурациями, Режимы с ЭЦР и инжекционным нагревом. Также исследована эволюция профиля потенциала в режимах с центральным и нецентральным ЭЦР нагревом и режимы с литиезацией стенок камеры.

Рис 1. а) Эволюция профиля потенциала в режиме с Омическим и ЭЦР-нагревом на токамаке Т-10, А - положение ЭЦ резонанса, пс = 2.4 х Ю19 м£н1вр = 200, 250, 300 кэВ,

Ь) Эволюция профиля потенциала в режиме с инжекционным и ЭЦР-нагревом на стеллараторе TJ-II, £hibp =125 кэВ.

Пример эволюции профиля потенциала плазмы в режиме с ЭЦР и инжекционным нагревом приведен на рисунке 1 (б). Виден переход от положительного профиля потенциала к отрицательному через промежуточное состояние в виде «сомбреро». Область отрицательного потенциала начинает формироваться на краю плазмы при HjMxlO19 м 3. Показано, что, несмотря на существенные различия в топологии удерживающего магнитного поля токамака и стелларатора, в поведении потенциала выявлены важные схожие черты, такие как близкие абсолютные значения потенциала ср и электрического поля Ег в трех установках и одинаковый характер зависимости от электронной температуры и плотности.

Эти результаты показывают важность cp and Е, для формирования механизмов удержания плазмы: более отрицательные значения

соответствуют лучшему удержанию в ТМ-4, Т-10 и TJ-II.

В главе III приводятся результаты исследований квазикогерентных колебаний потенциала и плотности в токамаке Т-10 и стеллараторе П-ІІ.

В §1 описаны методы обнаружения и результаты исследования свойств геодезических акустических мод (ГАМ) на Т-10. Пример эволюции спектра осцилляций потенциала плазмы в режиме с ЭЦР нагревом и подъемом тока в Т-10 приведен на рисунке 2 (а). Пики на спектре идентифицированы как ГАМ и их сателлиты.

В §2 описаны методы обнаружения и результаты исследования собственных альфвеновских мод на ТІ-ІІ. На рис. 2 (Ь) представлен пример колебаний электрического поля на частоте альфвеновских мод в ТІ-ІІ.

В §3 описаны методы обнаружения и исследования мод колебаний, порожденных надтепловыми электронами на ТІ-ІІ. Спектрограмма колебаний плотности плазмы, вызванных надтепловыми электронами в режиме с ЭЦР-нагревом на ТІ-ІІ показана на рис. 2 (с).

В §4 описаны методы обнаружения и исследования мод колебаний, резонансных по плотности на ТІ-ІІ. На рис. 2(й) приведен радиальный профиль плотности плазмы, на котором видны резонансные колебания.

В главе ГУ исследуется эволюция потенциала плазмы в режимах с переходами к улучшенному удержанию в Т-10 и ТІ-ІІ.

В §1 исследована эволюция потенциала плазмы в режимах с поляризацией периферии, а именно, подачей потенциала на электрод в Т-10 и подачей потенциала на лимитер в ТІ-ІІ.

В §2 рассмотрена эволюция потенциала плазмы в режимах со спонтанными Ь-Н и Н-Ь переходами на ТІ-ІІ. Подробно исследована эволюция профиля потенциала и динамика локального потенциала, а также эволюция колебаний потенциала и плотности плазмы в этих режимах. Кроме того, впервые на стеллараторах проведены измерения

турбулентного потока частиц ГЕ*В в горячей зоне плазмы.

і (кНг)

1.0 0.8

1.01----------------г-

0.6 Р 0.4 0.2

З

пі

^ 0.6

0.4

и-и

08 #12479

с

0.2

0.0

1179

1182

1095 1100 1105 1110 1115 1120 1125 * (тї)

Рис. 2. а) Эволюция ГАМ на Т-10 в режиме с Омическим и ЭЦР-нагревом и подъемом тока, Ь) Колебания полоидального электрического поля, вызванные альфвеновскими модами, 17-11, с) Радиальная структура колебаний плотности плазмы, вызванных надтепловыми электронами в режиме с ЭЦР-нагревом, пс = 0.4 х 1019 м‘3, (1) Колебания плотности плазмы, резонансные по пс, в режиме с ЭЦР-нагревом, пе = 0.6 х 1019 м~3.

Показано, что величина турбулентного потока сравнима в величиной полного частиц, следовательно, ГЕ*В играет существенную роль в материальном балансе. Эволюция глобальных параметров плазмы и характеристик плазменных колебаний в режиме со спонтанными Ь-Н и Н-Ь переходами на П-ІІ показана на рис. 3. Переход в режим с улучшенным удержанием характеризуется подавлением широкополосных колебаний потенциала и плотности плазмы, а также снижением ГЕ*в не только на периферии плазмы, но и в ее центральной, горячей области.

Рис. 3. Временная эволюция разряда со спонтанными Ь-Н и Н-Ь переходами на "П-П. Подавление широкополосных колебаний плотности, потока и магнитного поля в Е-моде. (а) Запасенная энергия \¥Ла, и свечение линии Иа; (Ь) Среднехордовая плотность «« и поток Г ‘¿в, измеренный ленгмюровским зондом; (с) Поток измеренный НШР на р = -0.5, и

интенсивность мягкого рентгеновского излучения 8ХЯ. Спектрограммы мощности колебаний ис, ((1) и потенциала (е). Спектральная функция турбулентного потока ГЕхв, измеренная НГВР, кд < 2 см'1 (1) и ленгмюровским зондом, кд < 10 см’1 ^). Спектрограмма мощности колебаний сигнала магнитного зонда (Ь). На спектрограммах видны собственные альфвеновские моды.

В Заключении сформулированы основные результаты и выводы работы.

В ходе исследования диагностическая методика зондирования плазмы пучками тяжелых ионов была усовершенствована и применена на современных термоядерных установках Т-10 и Т1-И, для которых создана высоковольтная диагностическая аппаратура. С помощью этой методики был изучен ряд плазменных режимов на токамаках ТМ-4, Т-10 и стеллараторе Т.Г-11 и получены следующие выводы.

1. На установках Т-10 и Т1-П были созданы работоспособные комплексы многоцелевой диагностической аппаратуры для зондирования плазмы пучками тяжелых ионов, позволяющие проводить уникальные измерения профилей электрического потенциала, а также осцилляций плотности, электрического потенциала, полоидального магнитного поля и турбулентного потока частиц, практически не имеющие ограничений по режимам работы установок.

2. Несмотря на существенные различия в магнитных конфигурациях круглых токамаков ТМ-4 и Т-10 и стелларатора с пространственной осью Т.Г-П, потенциал в плазме всех трех установок имеет важные общие свойства:

а) Масштаб нескольких сотен вольт.

б) В режимах с низкой плотностью (йе < 1x1019 м3) потенциал имеет положительный знак и величину от 0 до +1.2 кВ на стеллараторе Т.Г-11, от 0 до +0.2 кВ на периферии токамака ТМ-4.

в) В режимах с йе> 1 хЮ19 м3 потенциал имеет отрицательный знак и величину от 0 до -0.6 -1.2 кВ на всех трех установках, несмотря на различные методы нагрева: омический в ТМ-4, омический и ЭЦР в Т-10, ЭЦР и/или инжекционный в Т.Г-11. Среднее Ег также имеет один масштаб, Ег й -100 В/см.

г) Рост пе и связанный с ним рост тЕ вызывает изменение ср(р) и Ег в отрицательную сторону.

д) Ввод дополнительной ЭЦР мощности, связанный с ним рост Те и падение те, вызывает изменение ф(р) и Ег в положительную сторону.

е) Таким образом, больший отрицательный потенциал и большее отрицательное электрическое поле характеризуют режимы с лучшим удержанием в исследованных тороидальных установках.

3. На токамаке Т-10 идентифицированы геодезические акустические моды (ГАМ). ГАМ, в основном, проявляются на потенциале плазмы Лфодм ~ 20-100 В, и гораздо менее заметны на флуктуациях плотности. Частота ГАМ в эксперименте _/Ьлм ~ Теш, что соответствует теоретической зависимости для ГАМ с точностью до множителя порядка единицы. На Т-10 ГАМ имеют предел по плотности и некоторую магнитную компоненту. Впервые исследованы ГАМ в режимах с ЭЦР нагревом, где обнаружены сателлиты. Амплитуда колебаний потенциала для ГАМ в режимах с ЭЦР нагревом может превышать 100 В. Впервые на токамаках обнаружены дальние корреляции плотности и потенциала для ГАМ, установлен глобальный характер ГАМ. Впервые установлен перемежаемый (вспышечный) характер ГАМ, и модуляция их амплитуды и частоты пилообразными колебаниями.

4. На стеллараторе Т1-ІІ в режимах с инжекционным нагревом обнаружены собственные альфвеновские моды (АЕ) и исследованы их свойства. Показано, что АЕ видны на всех трех параметрах, регистрируемых НІВР: потенциале, плотности и поле Вро], эти три величины обладают высокой когерентностью и конечной кросс-фазой. Различные ветви АЕ наблюдаются НІВР с высоким пространственным (~1 см) и частотным (<5 кГц) разрешением в диапазоне частот 50 <Уае

< 350 кГц. Для каждой ветви определена ее пространственная локализация. Впервые в тороидальной плазме непосредственно наблюдались колебания электростатического потенциала и Еро\ в диапазоне АЕ; ЛфАЕ ~ Ю В, АЕ^ -10 В/см. Впервые с помощью Н1ВР измерены полоидальные номера мод и скорости вращения для АЕ, возбуждаемых в горячей зоне плазмы, и исследован вклад АЕ в электростатический поток частиц /е*в- Показано, что вклад АЕ в турбулентный поток частиц /1*вЛ£ для разных ветвей АЕ может быть направлен как наружу, так и внутрь, или вообще отсутствовать, в зависимости от фазового соотношения между колебаниями Еро\ и плотности. Как правило, Гехв^ направлен наружу, его величина для различных ветвей АЕ значительно различается от пренебрежимо низкого уровня до значения, сравнимого с потоком, вызванным широкополосной турбулентностью. Сравнение с численными МГД расчетами показало, что некоторые наиболее сильно выраженные ветви можно идентифицировать как НАЕ (винтовые) моды.

5. На стеллараторе 17-11, в режимах с ЭЦР-нагревом и генерацией тока при чрезвычайно низкой плотности плазмы (пе = (0.2—0.5)х10 м ) обнаружен новый тип колебаний - собственная мода, возбуждаемая надтепловыми электронами (ЕМ), и исследованы ее свойства. Показано, что каждая ветвь этой моды имеет амплитуду Дер ~ 20 В, конечную радиальную ширину, низкое модовое число (т < 5) и одинаковую угловую фазовую скорость полоидального вращения = 8x104 рад/с, направленную в сторону электронного диамагнитного дрейфа. Вклад моды в турбулентный поток частиц Гехв для наблюдаемых волновых векторов кд < 3 см'1 оказался малым по сравнению с вкладом широкополосной турбулентности.

6. На стеллараторе ТХ-П обнаружен новый тип колебаний - моды, резонансные по плотности, и исследованы их свойства. Показано, что мода проявляется в виде сильной (до 100%) модуляции локальной плотности плазмы на наружном склоне ее радиального профиля, (0.5 <р <0.9) и возбуждается только при определенных значениях плотности плазмы пе = 0.6, 1.7, 2.7, 3.6 *1019 м_3.

7. Режимы с улучшенным удержанием, вызванным краевой поляризацией (подачей напряжения на лимитер в Ц-П или на электрод в Т-10) характеризуются формированием сильного краевого поля Е, и подавлением широкополосных колебаний потенциала и плотности. В режимах с самопроизвольным (Т1-И) и вынужденным (Т-10) улучшением удержания широкополосная турбулентность подавлялась не только на краю, но и в основной плазме, что свидетельствует о глобальном изменении турбулентного транспорта. Таким образом, обнаружена связь между величиной электрического потенциала, формированием краевого слоя с сильным отрицательным Еп подавлением турбулентности, увеличением плотности плазмы и времени удержания энергии.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Бугаря В.И., Горшков А.В., Грашин С.А., Иванов И.В., Крупин В.А., Крупник Л.И., Недзельский И.С., Мельников А.В., Разумова К.А., Соколов Ю.А., Трухин В.М. Электрический потенциал и скорость тороидального и полоидального вращения в токамаке // ЖЭТФ Письма (1983) Т. 38, №7, С. 337-341.

2. Bugarya V.I., Gorshkov A.V., Grashin S.A., Ivanov I.V., Krupin V.A., Mel’nikov A.V., Razumova K.A., Sokolov Yu.A., Trukhin V.M., Chankin A.V., Yushmanov P.N., Krupnik L.I., and Nedzel’skij I.S. Measurements of plasma column rotation and potential in the TM-4 Tokamak // Nucl. Fusion (1985) V. 25, No 12, P. 1707-1717.

3. Bondarenko I.S., Krupnik L.I., Nedzel'skii I.S., and Mel’nikov A.V. Plasma probing with a heavy ion beam in the TM-4 tokamak // Sov. J. Tech. Phys. (1986) V. 31, P. 1390.

4. Днестровский Ю.Н., Мельников A.B. Определение профиля тока в плазме методом зондирования пучком тяжелых ионов // Физика плазмы (1986) Т. 12. - № 6. - С. 687-692.

5. Днестровский Ю.Н., Крупник Л.И., Мельников А.В., Недзельский И.С. Определение плотности плазмы методом зондирования пучками тяжелых ионов // Физика плазмы (1986) Т. 12. -№. 2. - С. 223-231.

6. Бондаренко И.С., Губарев С.П., Крупник Л.И., Мельников А.В., Недзельский И.С., Уткин А.А., Хребтов С.М. Диагностика плазмы пучком тяжелых ионов на токамаке Т-10 // Физика плазмы - 1992. - Т.

18.-№2-С. 208-210.

7. Dnestrovskij Yu.N., Melnikov A.V., Krupnik L.I. and Nedzelskij I.S. Development of heavy ion beam probe diagnostics // IEEE Trans. Plasma Sci. (1994) V. 22, No 4, P. 310-331.

8. Melnikov A.V., Tarasyan K.N., Vershkov V.A., Dreval V.A., Sushkov A.V., Lysenko S.E., Sannikov V.V., Gorshkov A.V., Krupnik L.I., Nedzelskij I.S.,

Kharchev N.K., Fomin G.A., and Mochalova L.A. Space and time evolution of plasma potential in T-10 under variation of main gas influx // IEEE Trans. Plasma Sei. (1994) V. 22, No 4, P. 363-368.

9. Melnikov A.V., Bondarenko I.S., Efremov S.L., Kharchev N.K., Khrebtov

S.M., Krupnik L.I., Nedzelskij I.S., Zimeleva L.G., and Trofimenko Yu.V. HIBP diagnostics on T-10 // Rev. Sei. Instrum. (1995) V. 66, P. 317.

10. Melnikov A.V. Development of heavy ion beam probe diagnostics // Rev. Sei. Instrum. (1995) V. 66, P. 320.

11. Melnikov A.V., Kharchev N.K., Eliseev L.G, Bondarenko I.S., Krupnik L.I., Khrebtov S.M., Nedzelskij I.S., and Yu.V. Trofimenko. Calibration of the heavy ion beam probe parallel plate analyzer using the gas target and reference beam // Rev. Sei. Instrum. (1997) V. 68, P. 308.

12. Bondarenko I.S., Chmuga A.A., Dreval N.B., Khrebtov S.M., Komarov A.D., Kozachok A.S., Krupnik L.I., Coelho P., Cunha M., Gonçalves B., Malaquias A., Nedzelskiy I.S., Varandas C.A.F., Hidalgo C., Garcia-Cortes

I., Melnikov A.V. Installation of an advanced heavy ion beam diagnostic on the TJ-II stellarator // Rev. Sei. Instrum. (2001) V. 72, P. 583 (3 pp).

13. Van Oost G, Gunn J.P., Melnikov A., Stöckel J. and Tendier M. The Role of Radial Electric Fields in the Tokamaks TEXTOR-94, CASTOR, and T-10II Czech. J. Phys. (2001) V. 51, No 10, P. 957-975.

14. Donné A.J.H., Melnikov A.V. and Van Oost G Diagnostics for radial electric field measurements in hot magnetized plasma // Czech. J. Phys. (2002) V. 52, No 10, P. 1077-1096.

15. Pedrosa M.A., Hidalgo C., McCarthy K.J., López-Sánchez A., Ochando M.A., Pastor I., Baciero A., Calderón E., Estrada T., Herranz J., López-Razola J., Milligen B.V., Tafalla D., Tabarés F., The TJ-II Team, Dreval N., Chmyga A., Khrebtov S.M., Komarov A.D., Kozachok A.S., Krupnik L., Eliseev L. and Melnikov A.V. Edge Turbulence During Limiter Biasing Experiments in the TJ-II Stellarator // Czech. J. Phys. (2003) V. 53, No 10, P. 877-885.

16. Van Oost G, Adámck J., Antoni V., Balan P., Boedo J.A., Devynck P., Duran I., Eliseev L., Gunn J.P., Hron M., Ionita C., Jachmich S., Kimev GS., Martines E., Melnikov A.V., Schrittwieser R., Silva C., Stockel J., Tendler M., Varandas C., Van Schoor M., Vershkov V. and Weynants R.R. Turbulent transport reduction by ExB velocity shear during edge plasma biasing: recent experimental results // Plasma Phys. Control. Fusion (2003) V. 45, No 5, P. 621-643.

17. Hidalgo C., Pedrosa M.A., Dreval N., McCarthy K.J., Eliseev L., Ochando M.A., Estrada T., Pastor I., Ascasíbar E., Calderón E., Cappa A., Chmyga A.A., Fernández A., Gonfalves B., Herranz J., Jimenez J.A., Khrebtov

S.M., Komarov A.D., Kozachok A.S., Krupnik L., López-Fraguas A., López-Sánchez A., Melnikov A.V., Medina F., van Milligen B., Silva C., Tabarés F. and Tafalla D. Improved confinement regimes induced by limiter biasing in the TJ-II stellarator // Plasma Phys. Control. Fusion (2004) V. 46, No 1, P. 287-297.

18. Melnikov A.V., Hidalgo C., Chmyga A.A., Dreval N.B., Eliseev L.G., Khrebtov S.M., Komarov A.D., Kozachok A.S., Krupnik L.I., Pastor I., Pedrosa M.A., Perfilov S.V., McCarthy K., Ochando M.A., Van Oost G, Silva C., Goncalves B., Dnestrovskij Yu.N., Lysenko S. E., Uñmtsev M.V., Tereshin V.I. Plasma Potential Measurements by the Heavy Ion Beam Probe Diagnostic in Fusion Plasmas: Biasing Experiments in the TJ-II Stellarator and T-10 Tokamak // Fusion Sci. Techn. (2004) V. 46, P. 299-311

19. Bondarenko I.S., Chmyga A.A., Dreval N.B., Khrebtov S.M., Komarov A.D., Kozachek A.S., Krupnik L.I., Eliseev L.G, Melnikov A.V., and Perfilov S.V. Heavy ion beam injection systems for iusion plasma diagnostics // Rev. Sci. Instrum. (2004) V. 75, P. 1835 (3 pp).

20. Estrada T., Alonso A., Chmyga A.A, Dreval N., Eliseev L., Hidalgo C., ' Komarov A.D., Kozachok A.S., Krupnik L., Melnikov A.V., Nedzelskiy

I.S., de Pablos J.L., Pereira L.A., Tashev Yu., Tereshin V. and Vargas I. Electron internal transport barriers, rationals and quasi-coherent

oscillations in the stellarator TJ-II // Plasma Phys. Control. Fusion (2005) V. 47, No 11, P. L57-L63.

21. Melnikov A.V., Eliseev L.G., A.V. Gudozhnik, Lysenko S.E., Mavrin V.A., Perfilov S.V., Zimeleva L.G., Ufimtsev M.V., Krupnik L.I. and Schoch P.M. Investigation of the plasma potential oscillations in the range of geodesic acoustic mode frequencies by heavy ion beam probing in tokamaks // Czech. J. Phys. (2005) V. 55, No 3, P. 349-360.

22. Melnikov A.V., Eliseev L.G., Grashin S.A., Gudozhnik A.V., Lysenko S.E., Mavrin V.A., Perfilov S.V., Vershkov V.A., Krupnik L.I., Chmyga A.A., Komarov A.D., Kozachok A.S., Hidalgo C., Alonso A., dePablos J.L., Pedrosa M.A. Study of the plasma potential evolution during ECRH in the T-10 tokamak and TJ-II stellarator // Czech. J. Phys. (2005) V. 55, No 12, P. 1569-1578.

23. Vershkov V.A., Shelukhin D.A., Soldatov S.V., Urazbaev A.O., Grashin

S.A., Eliseev L.G., Melnikov A.V. and the T-10 team. Summary of experimental core turbulence characteristics in ohmic and electron cyclotron resonance heated discharges in T-10 tokamak plasmas // Nucl. Fusion (2005) V. 45, No 10, P. S203-S226.

24. Castejôn F., Fujisawa A., Ida K., Talmadge J.N., Estrada T., Lôpez-Bruna D., Hidalgo C., Krupnik L. and Melnikov A.V. Influence of magnetic topology on transport and stability in stellarators // Plasma Phys. Control. Fusion (2005) V. 47 No 12B, P. B53-B69.

25. Melnikov A.V., Vershkov V.A., Eliseev L.G., Grashin S.A., Gudozhnik A.V., Krupnik L.I., Lysenko S.E., Mavrin V.A., Perfilov S.V., Shelukhin D.A., Soldatov S.V., Ufimtsev M.V., Urazbaev A.O., Van Oost G and Zimeleva L.G. Investigation of geodesic acoustic mode oscillations in the T-10 tokamak // Plasma Phys. Control. Fusion (2006) V. 48, No 4, P. S87-S110.

26. Krupnik L., Melnikov A., Hidalgo C., Chmyga A., Dreval N., Eliseev L., Estrada T., Komarov A., Kozachok A., Perfilov S., Pedrosa M., Alonso A.,

and de Pablos J.L. Quasi-coherent Oscillations in the TJ-II Stellarator // AIP Conf. Proc. (2006) V. 875, P. 95

27. Melnikov A.V., Alonso A., Ascasibar E., Baibin R., Chmyga A.A., Dnestrovskij Yu.N., Eliseev L.G, Estrada T., J. Fontdecaba M., Fuentes C., Guasp J., Herranz J., Hidalgo C., Komarov A.D., Kozachek A.S., Krupnik L.I., Liniers M., Lysenko S.E., McCarthy K.J., Ochando M.A., Pastor I., De Pablos J.L., Pedrosa M.A., Perfilov S.V., Petrov S.Ya., Tereshin V.l., TJ-II Team. Plasma Potential Evolution Study by HIBP Diagnostic During NBI Experiments in the TJ-II Stellarator // Fusion Sei. Techn. (2007) V. 51, No 1, P. 31-37.

28. Fujisawa A., Ido T., Shimizu A., Okamura S., Matsuoka K., Iguchi H., Hamada Y., Nakano H., Ohshima S., Itoh K., Hoshino K., Shinohara K., Miura Y., Nagashima Y., Itoh S.-I., Shats M., Xia H., Dong J.Q., Yan L.W., Zhao K.J., Conway G.D., Stroth U., Melnikov A.V., Eliseev L.G., Lysenko

S.E., Perfilov S.V., Hidalgo C., Tynan G.R., Holland C., Diamond P.H., McKee G.R., Fonck R.J., Gupta D.K. and Schoch P.M. Experimental progress on zonal flow physics in toroidal plasmas // Nucl. Fusion (2007) V. 47, No 10, P. S718-S726.

29. Van Oost G, Bulanin V.V., Donné A.J.H., Gusakov E.Z., Kraemer-Flecken A., Krupnik L.I., Melnikov A.V., Nanobashvili S., Peleman P., Razumova K.A., Stöckel J., Vershkov V., Adamek J., Altukov A.B., Andreev V.F., Askinazi L.G., Bondarenko I.S., Brotankova J., Dnestrovskij A.Yu., Duran

I., Eliseev L.G, Esipov L.A., Grashin S.A., Gurchenko A.D., Hogeweij GM.D., Hron M., Ionita C., Jachmich S., Khrebtov S.M., Kouprienko D.V., Lysenko S.E., Martines E., Perfilov S.V., Petrov A.V., Popov A.Yu., Reiser D., Schrittwieser R., Soldatov S., Spolaore M., Stepanov A.Yu., Telesca G, Urazbaev A.O., Verdoolaege G, Zacek F. and Zimmermann O. Multimachine studies of the role of turbulence and electric fields in the establishment of improved confinement in tokamak plasmas // Plasma Phys. Control. Fusion (2007) V. 49, No 5A, P. A29-A44.

30. Krupnik L.I., Komarov A.D., Kozachek A.S., Melnikov A.V., Nedzelskiy I.S. High-intensity alkali ion sources for plasma diagnostics // IEEE Trans. Plasma Sci. (2008) V. 36, No 4, P. 1536-1544.

31. Dnestrovskij Yu.N., Melnikov A.V., and Pustovitov V.D. Approach to canonical pressure profiles in stellarators // Plasma Phys. Control. Fusion (2009) V. 51, No 1, P. 015010 (10 pp).

32. Sánchez J., Acedo M., Alonso A., Alonso J., Alvarez P., Ascasíbar E., Baciero A., Balbín R., Barrera L., Blanco E., Botija J., de Bustos A., de la Cal E., Calvo I., Cappa A., Carmona J.M., Carralero D., Carrasco R., Carreras B.A., Castejón F., Castro R, Catalán G, Chmyga A.A., Chamorro M., Eliseev L., Esteban L., Estrada T., Fernández A., Femández-Gavilán R., Ferreira J.A., Fontdecaba J.M., Fuentes C., García L., García-Cortés I., García-Gómez R., García-Regaña J.M., Guasp J., Guimarais L., Happel T., Hemanz J., Hidalgo C., Jiménez J.A., Jiménez-Denche A., Jiménez-Gómez R., Jiménez-Rey D., Kirpitchev I., Komarov A.D., Kozachok A.S., Krupnik L., Lapayese F., Liniers M., López-Bruna D., López-Fraguas A., J. López-Rázola, López-Sánchez A., Lysenko S., Marcon G., Martín F., Maurin V., McCarthy K.J., F. Medina, M. Medrano, Melnikov A.V., P. Méndez, B. van Milligen, E. Mirones, I.S. Nedzelskiy, Ochando M., Olivares J., de Pablos J.L., Pacios L., Pastor I., Pedrosa M.A., de la Peña A., Pereira A., Pérez G, Pérez-Risco D., Petrov A., Petrov S., Portas A., Pretty D., Rapisarda D., Rattá G, Reynolds J.M., Rincón E., Ríos L., Rodríguez C., Romero J.A., Ros A., Salas A., Sánchez M., Sánchez E., Sánchez-Sarabia E., Sarksian K., Sebastián J.A., Silva C., Schchepetov S., Skvortsova N., Solano E.R., Soleto A., Tabarés F., Tafalla D., Tarancón A., Taschev Yu., Tera J., Tolkachev A., Tribaldos V., Vargas V.I., Vega J., Velasco G, Velasco J.L., Weber M., Wolfers G. and Zurro B. Confinement transitions in TJ-II under Li-coated wall conditions // Nucl. Fusion (2009) V. 49, No 10, P. 104018 (10 pp).

33. Estrada T., Happel T., Eliseev L., D. Lôpez-Bruna, E. Ascasibar, E. Blanco, L. Cupido, Fontdecaba J.M., Hidalgo C., Jiménez-Gômez R., Krupnik L., Liniers М., Manso M.E., McCarthy K.J., Medina F., Melnikov A.V., van Milligen B., Ochando M.A., Pastor I., Pedrosa M.A., Tabarés F.L., Tafalla D. and TJ-II Team. Sheared flows and transition to improved confinement regime in the TJ-II stellarator // Plasma Phys. Control. Fusion (2009) V. 51, No 12, P. 124015 (11 pp).

34. Шурыгин P.B., Мельников A.B. Турбулентная динамика винтовых возмущений в пристеночной плазме токамака Т-10 // Физика плазмы (2009) Т. 35, No 4,291-302.

35. Melnikov A.V., Eliseev L.G., Jim'enez-G'omez R., Ascasibar E., Hidalgo С., Chmyga A.A., Komarov A.D., Kozachok A.S., Krasilnikov I.A., Khrebtov S.M., Krupnik L.I., Liniers М., Lysenko S.E., Mavrin V.A., de Pablos J.L., Pedrosa M.A., Perfilov S.V., Ufimtsev M.V., Ido T., Nagaoka K., Yamamoto S., Taschev Yu.I., Zhezhera A.I. and Smolyakov A.I. Internal measurements of Alfv'en eigenmodes with heavy ion beam probing in toroidal plasmas //Nucl. Fusion (2010) V. 50, P. 084023 (11 pp).

36. Melnikov A.V., Eliseev L.G., R. Jiménez-Gômez, Ascasibar E., Hidalgo C., Chmyga A.A., Ido T., Khrebtov S.M., Kônies A., Komarov A.D., Kozachek A.S., Krasilnikov I.A., Krupnik L.I., Liniers М., Lysenko S.E., Mavrin V.A., Nagaoka K., Ochando М., de Pablos J.L., Pedrosa M.A., Perfilov

S.V., Smolyakov A.I., Taschev Yu.I., Ufimtsev M.V., Yamamoto S., Zhezhera A.I. Study of Alfvén Eigenmodes in the TJ-II stellarator // Plasma and Fusion Research (2010) V. 5, P. S2019 (4 pp).

37. Melnikov A.V., Vershkov V.A., Grashin S.A., Eliseev L.G, Lysenko S.E., Mavrin V.A., Merezhkin V.G., Perfilov S.V., Shelukhin D.A., Shurygin R.V., Krupnik L.I., Komarov A.D., Kozachek A.S., Zhezhera A.I. Study of plasma potential, its fluctuations and turbulence rotation in the T-10 tokamak // Problems of Atomic Science and Technology, Series: Plasma Physics (2010) № 6 (12) P. 40-42.

38. Van Milligen B.Ph., Estrada T., Jiménez-Gómez R., Melnikov A., Hidalgo C., Fontdecaba J.M., Krupnik L., Eliseev L.G., Perfilov S.V. and the TJ-II team. A global resonance phenomenon at the TJ-II stellarator // Nucl. Fusion (2011) V. 51, P. 013005 (8 pp).

39. Weisen H., Melnikov A.V., Perfilov S.V. and Lysenko S.E. On the possibility of using a heavy ion beam probe for local poloidal flux measurements in a tokamak // Fusion Sci. Techn. (2011) V. 59, No 2, P. 418-426.

40. Melnikov A., Eliseev L., Ochando M., Nagaoka K., Ascasibar E., Cappa A., Castejon F., Hidalgo C., de Pablos J.L., Pedrosa M.A., S. Yamamoto, Oshima S., HIBP group and TJ-II team. A Quasi-Coherent Electrostatic Mode in ECRH Plasmas on TJ-II // Plasma and Fusion Research (2011) V. 6, P. 2402030 (4 pp).

41. Jiménez-Gómez R., Konies A., Ascasibar E., Castejón F., Estrada T., Eliseev L.G, Melnikov A.V., Jiménez J.A., Pretty D.G, Jiménez-Rey D., Pedrosa M.A., de Bustos A. and Yamamoto S., Alfvén eigenmodes measured in the TJ-II stellarator // Nucl. Fusion (2011) V. 51, P. 033001 (15 pp).

42. Melnikov A.V., Hidalgo C., Eliseev L.G, Ascasibar E., Chmyga A.A., Dyabilin K.S., Krasilnikov I.A., Krupin V.A., Krupnik L.I., Khrebtov S.M., Komarov A.D., Kozachek A.S., López-Bruna D., Lysenko S.E., Mavrin V.A., de Pablos J.L., Pastor I., Perfilov S.V., Pedrosa M.A., Shurygin R.V., Vershkov V.A., T-10 team and TJ-II team. Plasma potential and turbulence dynamics in toroidal devices (survey of T-10 and TJ-II experiments) // Nucl. Fusion (2011) V. 51, P. 083043 (10 pp).

43. Van Milligen B.Ph., Pedrosa M.A., Hidalgo C., Carreras B.A., Estrada T., Alonso J.A., de Pablos J.L., Melnikov A., Krupnik L., Eliseev L.G and Perfilov S.V. The dynamics of the formation of the edge particle transport barrier at TJ-II // Nucl. Fusion (2011) V. 51, P. 113002 (10 pp).

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

[1] Itoh К. et al. Roles of Electric Field on Toroidal Magnetic Confinement // IEEE Trans. Plasma Sci.- 1994.- V. 22- P. 376.

[2] Burrell K.H. et al. Physics of the L-mode to H-mode transition in tokamaks // Plasma Phys. Control. Fusion.- 1992. - V. 34. - P. 1859.

[3] Rozhanskij V., Tendler M. Plasma rotation in tokamaks. in: Rev. Plasma Phys.-ed. B.B. Kadomtsev.- Cons. Bureau, NY-London.- 1996.- V.- 19.- P.- 147249.

[4] Fujisawa A. Experimental Study of the Bifurcation Nature of the electrostatic potential of a toroidal helical plasma // Plasma Phys. Control. Fusion. -2002. -V.44.-P. Al.

[5] Fujisawa A. A review of zonal flow experiments // 2009 Nucl. Fusion. — V. 49.— P. 013001.

[6] Jobes F.C. and Hickok R.L. A direct measurement of plasma space potential // Nucl. Fusion. - 1970,- V. 10. - P. 195-197.

Подписано в печать 26.01.2012. Формат 60x90/16 Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,75 Тираж 85. Заказ 6

Отпечатано в НИЦ «Курчатовский институт» 123182, Москва, пл. Академика Курчатова, д. 1

Введение

Глава I. Разработка диагностики пучком тяжелых ионов (НЮР)

§1 Метод зондирования пучком тяжелых ионов

1.1. Введение.

1.2. Физические принципы измерений

1.2.1. Оптимизация схемы измерений с помощью Н1ВР

1.2.2. Определение пространственного распределения потенциала

1.2.3. Определение пространственного распределения плотности

1.2.4. Определение поля тока плазмы

1.3. Использование Н1ВР для исследования флуктуаций

1.3.1. Измерения флуктуаций электрического потенциала

1.3.2. Измерения флуктуаций плотности

1.3.3. Измерения флуктуаций полоидального магнитного поля или магнитного потенциала

1.4. Оборудование и техника измерений

1.4.1. Инжектор зондирующего пучка

1.4.2. Анализирующие устройства

1.4.3. Анализаторы с параллельными пластинами для Т-10 и 17-

§2 Описание диагностического комплекса НЮР на Т

2.1. Энергетический диапазон и ток пучка

2.2. Получение профилей и верификация траекторий

2.3. Тороидальное смещение траекторий

§3 Описание диагностического комплекса Н1ВР на Т1-П

3.1. Энергетический диапазон и ток пучка

3.2. Получение профилей и верификация траекторий

3.3. Двойная детекторная линия и измерение турбулентного потока частиц и вращения плазмы

Выводы главы I

Глава II. Свойства радиальных профилей потенциала в Ь-моде

§1 Режимы с омическим нагревом на ТМ

1.1. Условия проведения экспериментов на токамаке ТМи основные диагностики

1.2. Экспериментальные результаты

1.3. Заключительные замечания. Потенциал и удержание

§2 Режимы с омическим и ЭЦР нагревом на Т

2.1. Условия проведения экспериментов на токамаке Ти основные диагностики

2.2. Режим с низкой плотностью и низким магнитным полем. Омический нагрев плазмы.

2.3. Режимы со средней плотностью и средним магнитным полем. Омический и СВЧ-нагрев плазмы

2.4. Режим с высокой плотностью и большим магнитным полем. Омический и СВЧ нагрев плазмы

2.5. Вычисление скорости дрейфового вращения плазмы в скрещенных полях УЕхВ. Сравнение скоростей вращения УЕхВ и Ушив

2.6. Заключительные замечания. Потенциал и удержание

§3 Режимы с ЭЦР и инжекционным нагревом на 17

3.1. Условия проведения экспериментов на стеллараторе 17и основные диагностики

3.2. Режимы с низкой плотностью и центральным ЭЦР нагревом

3.3. Динамика потенциала в режимах с модуляцией СВЧ-мощности

3.4. СВЧ-режимы с различными магнитными конфигурациями

3.5. Режимы с ЭЦР и инжекционным нагревом

3.6. Эволюция профиля потенциала в режимах с центральным и нецентральным ЭЦР нагревом

3.7. Режимы с литиезацией стенок камеры

3.8. Заключительные замечания. Потенциал и удержание 115 Выводы главы II

Глава III. Характеристики квазикогерентных осцилляций потенциала

§1 Обнаружение и исследование свойств ГАМ на Т

1.1. Введение

1.2. Условия экспериментов Т

1.2.1. Корреляционный рефлектометр

1.2.2. Зонды

1.2.3. Пучок тяжелых ионов

1.2.4. Измерения в фиксированной точке

1.2.5. Радиальный скан

1.3. Наблюдение GAM-подобных колебаний

1.4. Особенности GAM-подобных колебаний

1.4.1. Основной частотный пик GAM и сателлиты

1.4.2. Эволюция GAM при ЭЦР-нагреве

1.4.3. Модуляция GAM пилообразными колебаниями

1.4.4. Соотношение Больцмана

1.4.5. Магнитная компонента GAM

1.4.6. Структура моды

1.4.7. Радиальная корреляционная длина

1.4.8. GAM в районе МГД острова ш=

1.4.9. Радиальная неоднородность и локализация GAM

1.4.10. Предел по плотности для GAM.

1.4.11. Перемежающийся характер амплитуды и частоты GAM

1.4.12. Корреляционные свойства GAM. Колебания плотности и потенциала по HIBP

1.4.13. Корреляционные свойства GAM. Колебания плотности по

CR и потенциала по HIBP

1.5. Зависимость частоты GAM от электронной температуры

1.6. Обсуждение экспериментальных результатов.

Сравнение с другими установками.

1.7. Заключительные замечания

§2 Исследование свойств собственных альвеновских мод на TJ-II

2.1. Введение

2.2. Условия проведения экспериментов

2.3. Экспериментальные наблюдения АЕ

2.4. Наблюдения АЕ с помощью HIBP

2.5. Локализация АЕ

2.6. Фазовые характеристики альфвеновских мод

2.7. Определение полоидального номера моды

2.8. Динамика полоидального вращения альфвеновских мод

2.9. Альфвеновские моды и турбулентный перенос частиц

2.10. Радиальная ширина моды

2.11. МГД моделирование для идентификации мод

2.12. Выводы

§3 Обнаружение и исследование мод колебаний, порожденных надтепловыми электронами на TJ-II

3.1. Введение

3.2. Условия экспериментов

3.3. Экспериментальные результаты

3.3.1. Наблюдения моды

3.3.2.Характеристики моды

3.4. Обсуждение и выводы

§4 Обнаружение и исследование мод колебаний, резонансных по плотности на TJ-1I

4.1. Обнаружение мод

4.2. Свойства мод

4.3. Резонансный характер мод

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В диссертации представлены результаты экспериментального исследования электрического потенциала плазмы тороидальных магнитных ловушек с помощью метода зондирования плазмы пучком тяжелых ионов. Приведены описания разработанных диагностических комплексов для зондирования плазмы токамака Т-10 и стелларатора Т1-П и полученные с их помощью результаты измерений стационарных профилей потенциала плазмы и его осциллирующей компоненты в виде квазимонохроматических и широкополосных колебаний. Исследован широкий спектр режимов трех установок: ТМ-4, Т-10 и Т.1-П с различными методами нагрева плазмы, и выявлены общие закономерности в поведении электрического потенциала в замагниченной плазме.

Актуальность темы

Исследования электрических полей является одной из актуальных научных проблем, существующих в настоящее время в физике плазмы. Эти исследования связаны как с фундаментальной проблемой - описанием природы (феномена) возникновения электрического поля в квазинейтральной плазме, так и с прикладной проблемой - влиянием электрического поля на процессы переноса в плазме в замкнутых магнитных конфигурациях [1].

Известно, что в процессах переноса доминируют аномальные механизмы, связанные с плазменной турбулентностью. В настоящее время в исследованиях по магнитному удержанию доминирует гипотеза о стабилизации плазменной турбулентности и аномального переноса с помощью шира (радиальной неоднородности) полоидального вращения плазмы в скрещенных радиальном электрическом Ет и тороидальном магнитном В, полях [2]. Однако, эта гипотеза имеет, как подтверждения, так и контрпримеры в эксперименте, поэтому вопрос о роли Ет в удержании плазмы по-прежнему остается открытым.

Исследования роли Ег в удержании плазмы и плазменной турбулентности в замкнутых магнитных ловушках приобрели необычайную популярность в физике плазмы в последние годы. На Европейских конференциях по физике плазмы (EPS Conference on Plasma Physics), Международных конференциях по термоядерной энергетике (IAEA FEC - Fusion Energy Conference) и Конгрессах по физике плазмы (Congress on Plasma Physics) докладываются результаты экспериментальных и теоретических исследований, которые проводятся практически на всех токамаках и стеллараторах, существующих в мире в настоящее время. Этой важной теме посвящается специальное тематическое международное совещание (REFPCE - Role of Electric Field in Plasma Confinement and Exhaust), которое проводится ежегодно как присоединенное совещание к Европейским конференциям (EPS satellite meeting).

Другие конференции по физике плазмы, такие как, например, Международная Токи конференция (ITC, International Toki Conference), Международное совещание по проблемам стеллараторов (International Stellarator Workshop), Европейская конференция по теории плазмы (European conference on plasma theory) и Международная Школа-конференция в Алуште (Alushta International Conference-School) посвящают множество докладов исследованию различных явлений, связанных с электрическими полями, вращением плазмы и турбулентности. В течение последних 6 лет в рамках Алуштинской конференции работает Совещание по электрическим полям в токамаках и стеллараторах.

Результаты экспериментальных исследований электрических полей, их стационарных значений и осциллирующих компонент, которые были проведены в последнее время, приведены в обзорах [3, 4, 5, 6]. Экспериментальное исследование электрических полей в термоядерной плазме представляет собой трудную задачу. Применение электрических зондов ограничено присеператрисной областью. Спектроскопические методы измерения скорости вращения плазмы требуют не только сложной техники, но и определенных допущений при интерпретации измерений. Таким образом, диагностические возможности для исследования электрического поля весьма ограничены.

Наиболее прямым методом измерений потенциала в горячей плазме является зондирование пучками тяжелых ионов (Heavy Ion Beam Probing -HIBP) [7].

Настоящая работа посвящена развитию диагностического метода HIBP, и исследованию с его помощью электрического потенциала и турбулентности плазмы в токамаках ТМ-4, Т-10 и стеллараторе TJ-II.

Целью настоящей работы является исследование электрического потенциала и турбулентности в термоядерной плазме, описание свойств его стационарной и осциллирующей компонент, поиск взаимосвязи между электрическим потенциалом и удержанием плазмы.

Исходя из этой цели, решались следующие основные задачи по изучению электрического потенциала:

• Разработка диагностической аппаратуры для зондирования плазмы пучком тяжёлых ионов, применимой к условиям современных термоядерных установок Т-10 и TJ-II.

• Развитие диагностического метода HIBP, применение его для исследования потенциала плазмы и характеристик турбулентности в условиях современных термоядерных установок Т-10 и TJ-II.

• Исследование пространственно-временной структуры потенциала, определение его характерных масштабов;

• Исследование квазикогерентных и широкополосных колебаний потенциала и плотности плазмы

• Исследование турбулентного потока частиц в горячей зоне плазмы.

Научная новизна состоит в том, что:

1. Созданы комплексы диагностической аппаратуры для зондирования плазмы пучками тяжелых ионов на установках Т-10 и 17-11, позволившие впервые провести одновременные измерения осцилляций электрического потенциала, плотности и полоидального магнитного поля, а также сравнительный анализ поведения потенциала в токамаке и стеллараторе.

2. На "П-П впервые в тороидальной установке проведены измерения турбулентного потока частиц в основной плазме.

3. Впервые исследованы ГАМ в режимах с ЭЦР нагревом, обнаружены сателлиты. Амплитуда колебаний потенциала для ГАМ в режимах с ЭЦР нагревом может превышать 100 В. На Т-10 ГАМ имеют предел по плотности и некоторую магнитную компоненту.

4. Впервые на токамаках обнаружены дальние корреляции плотности и потенциала для ГАМ, установлен глобальный характер ГАМ.

5. Впервые установлен перемежаемый (вспышечный) характер ГАМ и модуляция их амплитуды и частоты пилообразными колебаниями.

6. Впервые в тороидальной плазме непосредственно наблюдались колебания электростатического потенциала и Еро1 в диапазоне альфвеновских собственных мод (АЕ); ДфАЕ ~ 10 В, АЕрог\0 В/см. Впервые с помощью Н1ВР измерены полоидальные номера мод и скорости полоидального вращения для АЕ, возбуждаемых в горячей зоне плазмы и исследован вклад АЕ в электростатический поток частиц ГЕхв

7. На П-Н обнаружены новые типы неустойчивостей, а именно, моды, резонансные по плотности и моды, связанные с надтепловыми электронами, исследованы их свойства.

Теоретическое и практическое значение полученных результатов

Значение результатов диссертационной работы для прикладных задач и теории физики плазмы определяется тем, что работа направлена на решение проблемы, связанной с изучением общих свойств и закономерностей поведения электрического потенциала и турбулентности плазмы. Полученные результаты:

1. могут быть использованы для измерения стационарных профилей и флуктуаций потенциала и плотности высокотемпературной плазмы тороидальных установок (токамаков и стеллараторов) методом зондирования пучком тяжелых ионов;

2. будут способствовать построению теоретических моделей, адекватно описывающих перенос частиц и перенос заряда в плазме, и могут быть использованы для теоретического моделирования и оценки процессов диффузии и теплопроводности в термоядерных установках;

3. могут найти применение в получении режимов с улучшенным удержанием плазмы;

4. могут использоваться для оценки влияния различных типов плазменных неустойчивостей, например собственных альфвеновских мод, на перенос частиц и энергии в плазме современных установок и в будущем термоядерном реакторе;

Результаты диссертационной работы также могут быть использованы при разработке новых образцов диагностической аппаратуры для зондирования плазмы современных термоядерных установок и будущего реактора.

Апробация работы. Результаты, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на следующих конференциях: XIV и XV Международных конгрессах по физике плазмы (Ницца, 2004, Киев, 2006); 20 и 21 Международных технических совещаниях МАГАТЭ по физике быстрых частиц, (2010, Киев, 2011, Остин); 12, 13 и 18 Американских конференциях по диагностике плазмы (Рочестер, 1994, Монтеррей, 1996, Туксон, 2004); Международных технических совещаниях МАГАТЭ по исследованиям на малых термоядерных установках (Прага, 1996, Каир, 1998, Мехико, 2005, Лиссабон 2007); 7 Международном симпозиуме по термоядерным технологиям

Лиссабон, 1996); Международных конференциях по физике плазмы и У ТС (Алушта, 2004, 2006, 2008, 2010); 10, 19, 20 и 21 Международных Токи конференциях по физике плазмы и УТС (Токи, 2001, 2009, 2010, 2011); 2-12 Международных совещаниях по роли электрических полей в удержании плазмы (Маастрихт, 1999, Монтре, 2002, Санкт-Петербург, 2003, Ницца, 2004, Таррагона, 2005, Рим, 2006, Варшава, 2007, Херсонес, 2008, София, 2009, Дублин, 2010); 14 и 15 Международных совещаниях по физике стеллараторов (2003, Грейфсвальд; 2005, Мадрид); 23, 26, 27, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36 и 37 Европейских конференциях по физике плазмы и УТС (Киев, 1996, Маастрихт, 1999, Будапешт, 2000, Монтре, 2002, Санкт-Петербург, 2003, Лондон, 2004, Таррагона, 2005, Рим, 2006, Варшава, 2007, Херсонес, 2008, София, 2009, Дублин, 2010); Международных конференциях МАГАТЭ по термоядерной энергетике (Виламура, 2004, Ченгду, 2006, Женева, 2008, Даеджон, 2010); XXIV - XXXVII Звенигородских конференциях по физике плазмы и УТС (Звенигород, 1997-2010), на 9 Европейско-американском рабочем совещании по транспорту (Кордоба, Испания 2010), на XXIII Российско-германском совещании по" электронно-циклотронному излучению и ЭЦР нагреву (Н.Новгород-Москва 2010), на научном семинаре стелларатора LHD (Токи, Япония, 2009-2010), на научном семинаре стелларатора Heliotron-J (Киото, Япония, 2010), на научном семинаре стелларатора Wendelstein-7X (Грейфсвальд, Германия 2007-2009), на научном семинаре отделения физики плазмы исследовательского центра CIEMAT (Мадрид, Испания, 1992-2010), на научном семинаре отделения физики плазмы Национального научного центра «Харьковский Физико-технический институт» (Харьков, Украина, 1991-2010), на научном семинаре токамака ISTTOK (Лиссабон, Португалия, 2006), на научном семинаре токамака TEXTOR (Юлих, Германия, 1998), на научном семинаре токамака TCV (Лозанна, Швейцария, 2004-2006). Диссертация в целом и ее отдельные части докладывались на семинарах в НИЦ «Курчатовский институт».

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 43 работах, из которых 42 в реферируемых журналах, в том числе в ведущих иностранных журналах и отечественных журналах из списка ВАК.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из Введения, четырех глав, Заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 283 страниц, включая 180 рисунков, 9 таблиц и список литературы из 237 наименований.

Выводы диссертации

1. На установках Т-10 и ТМ1 были созданы работоспособные комплексы многоцелевой диагностической аппаратуры для зондирования плазмы пучками тяжелых ионов, позволяющие проводить уникальные измерения профилей электрического потенциала, а также осцилляций плотности, электрического потенциала, полоидального магнитного поля и турбулентного потока частиц, практически не имеющие ограничений по режимам работы установок.

2. Несмотря на существенные различия в магнитных конфигурациях круглых токамаков ТМ-4 и Т-10 и стелларатора с пространственной осью ТД-И, потенциал в плазме всех трех установок имеет важные общие свойства: а) Масштаб нескольких сотен вольт. б) В режимах с низкой плотностью ( пс < 1><1019 м~3) потенциал имеет положительный знак и величину от 0 до +1.2 кВ на стеллараторе Т.Г-11, от О до +0.2 кВ на периферии токамака ТМ-4.

19 ^ в) В режимах с пе > 1 х10 м° потенциал имеет отрицательный знак и величину от 0 до -0.6 -1.2 кВ на всех трех установках, несмотря на различные методы нагрева: омический в ТМ-4, омический и ЭЦР в Т-10, ЭЦР и/или инжекционный в Т.Г-П. Среднее Ег также имеет один масштаб, Ег < -100 В/см. г) Рост пе и связанный с ним рост тЕ вызывает изменение ф(р) и Ег в отрицательную сторону. д) Ввод дополнительной ЭЦР мощности, связанный с ним рост Те и падение тЕ, вызывает изменение ф(р) и Ег в положительную сторону. е) Таким образом, больший отрицательный потенциал и большее отрицательное электрическое поле характеризуют режимы с лучшим удержанием в исследованных тороидальных установках.

3. На токамаке Т-10' идентифицированы геодезические акустические моды (ГАМ). ГАМ, в основном, проявляются на потенциале плазмы Афодм ~ 20100 В, и гораздо менее заметны на флуктуациях плотности. Частота ГАМ в эксперименте /сам ~ Тс}'2, что соответствует теоретической зависимости для ГАМ с точностью до множителя порядка единицы. На Т-10 ГАМ имеют предел по плотности и некоторую магнитную компоненту. Впервые исследованы ГАМ в режимах с ЭЦР нагревом, где обнаружены сателлиты. Амплитуда колебаний потенциала для ГАМ в режимах с ЭЦР нагревом может превышать 100 В. Впервые на токамаках обнаружены дальние корреляции плотности и потенциала для ГАМ, установлен глобальный характер ГАМ. Впервые установлен перемежаемый (вспышечный) характер ГАМ, и модуляция их амплитуды и частоты пилообразными колебаниями.

4. На стеллараторе П-П в режимах с инжекционным нагревом обнаружены собственные альфвеновские моды (АЕ) и исследованы их свойства. Показано, что АЕ видны на всех трех параметрах, регистрируемых Н1ВР: потенциале, плотности и поле Вро[, эти три величины обладают высокой когерентностью и конечной кросс-фазой. Различные ветви АЕ наблюдаются Н1ВР с высоким пространственным (~1 см) и частотным (<5 кГц) разрешением в диапазоне частот 50 < < 350 кГц. Для каждой ветви определена ее пространственная локализация. Впервые в тороидальной плазме непосредственно наблюдались колебания электростатического потенциала и Еро1 в диапазоне АЕ; ЛфлЕ ~ Ю В, AEpoj -10 В/см. Впервые с помощью HIBP измерены полоидальные номера мод и скорости вращения для АЕ, возбуждаемых в горячей зоне плазмы, и исследован вклад АЕ в электростатический поток частиц /1>в- Показано, что вклад АЕ в турбулентный поток частиц ГЕ*в^Е для разных ветвей АЕ может быть направлен как наружу, так и внутрь, или вообще отсутствовать, в зависимости от фазового соотношения между колебаниями Еро/ и плотности. Как правило, ГЕхВАЕ направлен наружу, его величина для различных ветвей АЕ значительно различается от пренебрежимо низкого уровня до значения, сравнимого с потоком, вызванным широкополосной турбулентностью. Сравнение с численными МГД расчетами показало, что некоторые наиболее сильно выраженные ветви можно идентифицировать как НАЕ (винтовые) моды.

5. На стеллараторе TJ-II, в режимах с ЭЦР-нагревом и генерацией тока при чрезвычайно низкой плотности плазмы (пе = (0.2—0.5)х1019 м-3) обнаружен новый тип колебаний - собственная мода, возбуждаемая надтепловыми электронами (ЕМ), и исследованы ее свойства. Показано, что каждая ветвь этой моды имеет амплитуду ДфЕМ ~ 20 В, конечную радиальную ширину, низкое модовое число (т < 5) и одинаковую угловую фазовую скорость полоидального вращения = 8><104 рад/с, направленную в сторону электронного диамагнитного дрейфа. Вклад моды в турбулентный поток частиц ГЕхв для наблюдаемых волновых векторов кв < 3 см"1 оказался малым по сравнению с вкладом широкополосной турбулентности.

6. На стеллараторе TJ-II обнаружен новый тип колебаний - моды, резонансные по плотности, и исследованы их свойства. Показано, что мода проявляется в виде сильной (до 100%) модуляции локальной плотности плазмы на наружном склоне ее радиального профиля,

0.5 < р <0.9) и возбуждается только при определенных значениях плотности плазмы.

7. Режимы с улучшенным удержанием, вызванным краевой поляризацией (подачей напряжения на лимитер в Т.1-Н или на электрод в Т-10) характеризуются формированием сильного краевого поля Ег и подавлением широкополосных колебаний потенциала и плотности. В режимах с самопроизвольным (И-И) и вынужденным (Т-10) улучшением удержания широкополосная турбулентность подавлялась не только на краю, но и в основной плазме, что свидетельствует о глобальном изменении турбулентного транспорта. Таким образом, обнаружена связь между величиной электрического потенциала, формированием краевого слоя с сильным отрицательным Ет, подавлением турбулентности, увеличением плотности плазмы и времени удержания энергии.

Заключение

В ходе исследования диагностическая методика зондирования плазмы пучками тяжелых ионов была усовершенствована и применена на современных термоядерных установках Т-10 и Т.1-П, для которых создана высоковольтная диагностическая аппаратура. С помощью этой методики был изучен ряд плазменных режимов на токамаках ТМ-4, Т-10 и стеллараторе Т.Г-11, и получены следующие выводы.

1. Itoh K. et al. Roles of Electric Field on Toroidal Magnetic Confinement // IEEE

2. Trans. Plasma Sci 1994,- V. 22,- P. 376.

3. Burrell K.H. et al. Physics of the L-mode to H-mode transition in tokamaks //

4. Plasma Phys. Control. Fusion.- 1992. V. 34. - P. 1859.

5. Rozhanskij V., Tendler M. Plasma rotation in tokamaks. in: Rev. Plasma Phys.ed. B.B. Kadomtsev Cons. Bureau, NY-London.-1996-V.- 19,- P.- 147-249.

6. Fujisawa A. Experimental Study of the Bifurcation Nature of the electrostaticpotential of a toroidal helical plasma // Plasma Phys. Control. Fusion. 2002. -V. 44.-P. Al.

7. Fujisawa A. A review of zonal flow experiments // Nucl. Fusion 2009.-V. 49.1. P. 013001.

8. Ida K., Experimental studies of the physical mechanism determining the radialelectric field and its radial structure in a toroidal plasma // Plasma Phys. Contr. Fusion 1998 - V. 40 -P. 1429.

9. Jobes F.C. and Hickok R.L. A direct measurement of plasma space potential //

10. Nucl. Fusion. 1970.- V. 10. - P. 195-197.

11. Dnestrovskij Yu.N., Melnikov A.V., Krupnik L.I., and Nedzelskij I.S. Developmentof Heavy Ion Beam Probe Diagnostics // IEEE Trans. Plasma Sci. 1994.- V. 22.-No.4.-P. 310-331.

12. Yang X.Z. et al. The space potential in the tokamak TEXT// Phys. Fluids B.1992.-V. 4.-P. 381-385.

13. Connor K.A., Zielinski J.J., Schwelberger J.G., Aceto S. C., Glowienka J.C., Carnevali A. The ATF heavy ion beam probe // Rev. Sci. Instrum. 1992 - V. -63.-P. 4505-4510.

14. Schoch P.M., Goyer J.R., Solensten L., Michael J.D., Saravia E., Connor K.A.,

15. Jennings W.C., Hickok R.L., Bieniosek F.M., Bresnock F.J. Electron temperature measurement with heavy ion beam probes // Rev. Sci. Instrum. -1985. -V. 56. -№. 5. P. 1044-1046.

16. Ouroua A., Crowley T.P., Hickok R.L., Schoch P.M., Connor K.A., Lewis J.F.,

17. McLaren P.E., Chatz J.G., Schwelberger J., Hoffman B. Initial operation of the TEXT-upgrade 2 MeV heavy ion beam probe // Rev. Sci. Instmm. 1992. -V. 64.-No. 10.-P. 4582.

18. McLaren P.E., Hickok R.L., Crowley T.P., Lewis J.F., Chatz J.G., Schoch P.M.,

19. Connor K.A., Ouroua A. Evolution of the 2 MeV electrostatic energy analyzer for TEXT-Upgrade // Rev. Sci. Instmm. 1992. -V. 64. - № 10. - P. 4582.

20. Крупник Л.И., Мельников A.B., Недзельский И.С., Самохвалов Н.В., Швельбергер Й, Коннор К. А. Диагностика плазмы пучком тяжелых ионов на стеллараторе У-2М // Физика Плазмы,- 1994. Т. 20,- № 2,- С.189.

21. Fujisawa A., Iguchi Н., Sasao М. et. al. // Annual Report ISSN 0917-1185. -April 1990-March 1991. P. 76-77, 137. - Nagoya, Japan.

22. A. V. Melnikov, L. I. Krupnik, L. G. Eliseev, I. S. Nedselskij. Heavy ion beam probe project for ITER // Fusion Technology 1996 (Elsevier, New York, 1997-pp. 889-892.

23. A. V. Melnikov and L. G. Eliseev. Optimized heavy ion beam probing for International Thermonuclear Experimental Reactor // Rev. Sci. Instrum.- 1999.-V. 70,- P. 951

24. Biglari H., Diamond P.H., Terry P.W. Influence of sheared poloidal rotation ofedge turbulence // Phys. Fluids B. 1990. - V. 2. - No. 1.- P. 1-4.

25. Shaing K.C., Houlberg W.A., Crume E.C., L-H transition, density clamping, andradial electric field in tokamaks // Plasma Phys. Control. Fusion. 1988. - V. 12.-No. 2,-P. 69-81.

26. Ю.Н. Днестровский, A.B. Мельников. Обратные задачи для зондирования плазмы в магнитном поле пучком тяжелых ионов. // II Всесоюзный симпозиум по вычислительной томографии. Сб. докладов, Куйбышев.-1985-с. 49-50.

27. Крупник Л.И. Мельников А.В., Зимелева Л.Г., Самохвалов Н.В.

28. Оптимизация условий эксперимента по зондированию плазмы пучками тяжелых ионов //Препринт ИАЭ 4517/7: М. ЦНИИатоминформ,- 1987.

29. Melnikov A.V., Krupnik L.I., Nedzelskij I.S., Samokhvalov N.V., Kharchev N.

30. К., Heavy ion beam probing optimization in stellarators // in Proc. 8-th Stellarator Workshop. Kharkov. - May 1991. - IAEA. - Austria. - July 1991.- P. 417420.

31. N. Dreval, L. Krupnik, C. Hidalgo, L.G. Eliseev, A. V. Melnikov.Features of

32. HIBP diagnostics application to stellarator-like devices. // Problems Atomic Sci. Technol. 2005. - No 2. - Series: Plasma Physics (11). - P. 223-225.

33. S. Perfilov, A.V. Melnikov, L. Krupnik, H.J. Hartfuss. Applicability of heavy ion beam probing for stellarator W7-X // Proc. 15-th Int. Stellarator Workshop. -Madrid, October 3-7. 2005. - Rep. P2-10.

34. S. Perfilov, A. Melnikov, L. Krupnik, and H. J. Hartfuss. Applicability of Heavy1.n Beam Probing for Stellarator W7-X // AIP Conf. Proc. 2006. -V. 812. - P. 199.

35. S. Perfilov, A. Melnikov, L. Krupnik, H. J. Hartfuss. Applicability of Heavy Ion Beam Probing for Stellarator W7-X // Fusion Sci. Techn. 2007. - V. 51. - N 1. -P. 38-45.

36. Bienosek F.M. and Connor K.A. Space potential profiles in ELMO Bumpy Toms (EBT) experiment // Phys. Fluids. 1983. - V. 26. - P. 2256.

37. Днестровский Ю.Н., Мельников A.B Обработка экспериментов по определению плотности плазмы с помощью пучка тяжелых ионов. Препринт ИАЭ-3 778/7, Москва, Институт Атомной Энергии им. И.В. Курчатова, 1983.

38. Днестровский Ю.Н., Крупник Л.И., Мельников А.В., Недзельский И.С.

39. Определение плотности плазмы методом зондирования пучками тяжелых ионов // Физика плазмы. 1986. - Т. 12. - №. 2. - С. 223.

40. Lotz W. Electron-impact ionization cross-sections and ionization rate coefficientsfor atoms and ions from Hydrogen to Calcium // Z. Phys. 1968. - No. 216.- P. 241-247.

41. Днестровский Ю.Н., Костомаров Д.П., Мельников A.B. Математические задачи активной корпускулярной диагностики плазмы // Вестник Моск. Унта- 1986.- сер 15, Вычисл. Матем. и Киберн,- №3,- С. 20-28.

42. F.M. Levinton, The motional Stark effect: Overview and future development // Rev. Sci. Instrum. 1999. - V. 70 - P. 810.

43. Hickok R.L. and Jobes F.C., Heavy-ion beam-probe systems for plasmadiagnostics // Rep. AFOSR 70-2354TR. 1970. -Princeton, New Jersey.

44. Tonetti G. and Connor K.A. The direct sensitivity of particle probes to magnetic field of hot dense plasmas // Plasma Phys. 1980,- V. 22,- No. 4.- P. 361-366

45. Ю.Н. Днестровский, A.B. Мельников. Обратные задачи для зондирования плазмы в магнитном поле пучком тяжелых ионов. II Всесоюзный симпозиум по вычислительной томографии. Сб. докладов, Куйбышев, 1985, с. 49-50.

46. Днестровский Ю.Н., Мельников А.В. Определение профиля тока в плазме методом зондирования пучком тяжелых ионов // Физика плазмы 1986. - Т. 12,-№6. -С. 687.

47. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач // 1986.1. М.- Наука.

48. А.Н. Тихонов, А.В. Гончарский, В.В. Степанов, А.Г. Ягола.

49. Регуляризирующие алгортмы и априорная информация. // М.: Наука,- 1983.

50. Weisen Н., Melnikov A.V., Perfilov S.V. and Lysenko S.E. On the possibility of using a heavy ion beam probe for local poloidal flux measurements in a tokamak // Fusion Sci. Techn. 2011. - V. 59. - P. 418-426.

51. Hughes D.W., Feeney R.K., Hull D.N., Alumosilicate composite type ion sourceof alkali ion // Rev. Sci. Instrum. 1980. - V. 51. - No. 11. - P. 1471.

52. L.I. Krupnik, O.D.Komarov, O.S. Kozachok A.V.Melnikov I.S. Nedzelskiy.High Intensity Thermionic Alkali Ion Sources for Plasma Diagnostics // IEEE Trans. Plasma Sci. 2008 - V.4 - P. 1536-1544.

53. Rose P.H. and Galejs A., Particle trajectories in acceleration tubes, // Nucl. Instrum. Methods. 1964. - V. 31. - No. 2. - P. 262-268.

54. Grigorjev A. N., Dikij N.P., Matyash P.P., et al, Research of the radiation disturbance in monocrystals // FTP. 1985. - V. 9. - P. 1147-1149.

55. Katsumata I., Sakai Y., and Oshia T. Heavy ion beam probe for potential measurements // in Proc. of USSR-Japan Joint Seminar on Plasma Diagnostics. -Nagoya. 1980. - P. 190-196.

56. Mason D.W. An electrostatic ion-energy analyzer // Plasma Phys. 1964. - V. 6. -No. 6.-P. 553-558.

57. K. A. Connor, T. P. Crowley, R. L. Hickok, et al. Advances in heavy ion beamprobing //Rev. Sci. Instrum. 59, 1673 (1988)

58. J. Mathew, W. C. Jennings, R. L. Hickok, et al. Effects of intense ultravioletradiation on electrostatic energy analyzers // Rev. Sci. Instrum. 1985. -V. 56. -P.987

59. Zelinski J.J., Aceto S.C., Schwelberger J., et al. In situ analyzer calibrationmethod for HIBP installed on stellarator-like devices // Rev. Sci. Instr. 1992. -V. 63.-no. 10.-P. 4574-4577.

60. Solensten L. and Connor K.A., Heavy ion beam probe energy analyzer for measurements of plasma potential fructuations // Rev. Sci. Instr. -1987 V. 58. -P. 516.

61. А. V. Melnikov, I. S. Bondarenko, S. L. Efremov, N. K. Kharchev, S. M.

62. Khrebotv, L. I. Krupnik, I. S. Nedzelskij, L. G. Zimeleva, and Yu. V. Trofimenko. HIBP diagnostics on T-10 // Rev. Sci. Instrum. 1995. - V. 66. - P. 317.

63. Bondarenko I.S., Krupnik L.I., Nedzel'skii I.S., Mel'nikov A.V., Plasma probing with a heavy ion beam in the TM-4 tokamak // Sov. J. Tech. Phys 1986 - V. 31,-P. 1390.

64. Днестровский Ю.Н., Костомаров Д.П.// в кн. Математическоемоделирование плазмы.- М. Физматлит. 1993. - С. 246-255.

65. Бондаренко И.С., Губарев С.П., Крупник Л.И., Мельников А.В., Недзельский И.С., Уткин А.А., Хребтов С.М. Диагностика плазмы пучком тяжелых ионов на токамаке Т-10 // Физика плазмы.- 1992. Т. 18 - С. 110.

66. Melnikov A.V., Krupnik L.I., Nedzelskij I.S., Kharchev N.K. Plasma potential measurements in the T-10 tokamak // Proc. 18th EPS Conf. on Control. Fusion and Plasma Physics, Berlin, Germany. 1991. - V. 15 C. - part IV. - P. 221.

67. Звенигород, 8-12 февраля 2010 г.). С. 68. - URL: http://www^l.gpi.ru/Zvenigorod/XXXVII/Zven XXXVII.html

68. Krupnik L., Melnikov A.V., Zhezhera A., Lysenko S.E., Hidalgo C., Alonso

69. Shurygin R.V., Mavrin A. A., Melnikov A.V. Computation of radial electric field in the turbulent edge plasma of the T-10 tokamak // 35th EPS Conf. on Plasma Physics. Hersonissos, 9 - 13 June 2008,- ECA.- V. 32D.- P5.037.

70. Shurygin R.V., Melnikov A.V., Mavrin A. A. Computation of Radial Electric Field in the Turbulent Edge Plasma of the T-10 Tokamak // 22-nd Fusion Energy Conf. Geneva. - 2008. - Rep.TH/P4-13.

71. URL: http://www-pub.iaea.org/MTCD/Meetings/FEC2008/thp4-13

72. Шурыгин P.B., Мельников A.B. Турбулентная динамика винтовых возмущений в пристеночной плазме токамака Т-10 // Физика плазмы. -2009. Т. 35. - № 4. - С. 291-302.

73. Harris J.H., Cantrell J.L., Hender T.C., Carreras B.A., Morris R.N. A flexible heliac configuration // Nucl. Fusion. 1985. - V. 25. - P. 623.

74. Pedrosa M.A., Hidalgo C., Melnikov A.V., Eliseev L.G., Krupnik L.I.,.

75. Experimental investigation of ExB sheared flow development in the TJ-II stellarator // Proc. 32nd EPS Conf. on Plasma Physics. Tarragona, Spain. -2005. - ECA. - V. 29C. - P-5.030.

76. Krupnik L., Melnikov A. Hidalgo C., Alonso A., Chmyga A., Eliseev L., Lysenko

77. Plasma Physics.-V. 12,- P. 37-40.

78. Sánchez J., Acedo M., Alonso A., Alonso J., Melnikov A.V., et al., (119 авторов). Confinement transitions in TJ-II under Li-coated wall conditions // Nucl. Fusion.- 2009,- V. 49,- No 10.- P. 104018.

79. Pedrosa M.A., Hidalgo C., Melnikov A.V., Eliseev L.G., Krupnik L.I.,et al. Experimental investigation of ExB sheared flow development in the TJ-II stellarator // Proc. 32nd EPS Conf. on Plasma Physics.- Tarragona, Spain.-2005.- ECA.- V. 29C.- P-5.030.

80. Dnestrovskij Yu.N., Melnikov A.V., Pustovitov V.D. Approach to canonical pressure profiles in stellarators // Plasma Phys. Control. Fusion.- 2009.- V. 51.-No l.-P. 015010.

81. Diamond P.H., Itoh S-I., Itoh K. and Hahm T.S. Zonal flows in plasma review // Plasma Phys. Control. Fusion.- 2005 V. 47.- P. R35.

82. Winsor N., Johnson J.L. and Dawson J.M. Geodesic acoustic waves in hydromagnetic systems // Phys. Fluids. 1968. - V. 11. - P. 2448.

83. Nazikian R. et al. Measurement of turbulence decorrelation during transport barrier evolution in a high-temperature fusion plasma // Phys. Rev. Lett. 2005.-94.-P. 135002.

84. Wagner F. A quarter-century of H-mode studies // Plasma Phys. Control. Fusion 2007.-V. 49.-P. Bl.

85. Tsui H.Y.W., Schoch P.M.,Wotton A.J. Observation of quasicoherent mode in the Texas Experimental Tokamak // Phys. Fluids B. 1993.- V. 5. - P. 1274

86. Vershkov V.A., Dreval V.V., Soldatov S.V. T-10 plasma investigations with new 3-wavw heterodyne O-mode reflectometer //21st EPS Conf. Controlled Fusion Plasma Physics. Montpellier, 1994,- ECA - V. 18B - part 3 - P. 1192.

87. McKee G. et al. Experimental characterization of coherent, radially-sheared zonal flows in the DIII-D tokamak // Phys. Plasmas.- 2003. V. 10. - P. 1712

88. Schoch P.M. et al. Zonal flow measurements using a heavy ion beam probe // Rev. Sci. Instrum- 2003- V. 74. P. 1846.

89. Fujisawa A. et al. Identification of zonal flows in a toroidal plasma // Phys. Rev. Lett.- 2004.- V. 93,- P. 165002.

90. Hamada Y. et al. Calibration of a heavy ion beam probe for the JIPP T-IIU tokamak by gas puffing // Fusion Eng. Design- 1997 V. 34-35 - P. 667

91. Hamada Y. et al. Zonal flows in the geodesic acoustic mode frequency range in the JIPP T-IKJ tokamak plasmas // Nucl. Fusion.- 2005.- V. 45.- P. 81

92. Convay C.D. et al. Direct measurement of zonal flows and geodesic acoustic mode oscillations in ASDEX Upgrade usin Doppler reflectometry // Plasma Phys. Control. Fusion.- 2005,- V. 47,- P. 1165.

93. Cheng J. et al Density fluctuation of geodesic acoustic mode on the HL-2A tokamak // Nucl. Fusion.- 2009,- V. 49,- P. 085030.

94. Xu Y., Shesterikov I., Van Schoor M et al.Observation of geodesic acoustic modes (GAMs) and their radial propagation at the edge of the TEXTOR tokamak // Plasma Phys. Control. Fusion.- 2011.- V. 53.- P. 095015.

95. R.J., Gupta D.K., Schoch RM. . Experimental progress on zonal flow physics in toroidal plasmas // Nucl. Fusion.- 2007.- V. 47,- P. S718-S726

96. Vershkov V.A. et al. // Proc. 17th Int. Conf Fusion Energy (Yokohama, Japan, 1998) (Vienna: IAEA).- CD-ROM file Rep. EX7/05.

97. Vershkov V.A., Grashin S.A., Dreval V.V., Piterskii V.V., Soldatov S.V., Jakovets A.N. Radial distributions and poloidal asymmetries of T-10 SOL parameters and turbulence // J. Nucl. Mater 1997 - V. 241-243 - P. 873.

98. Vershkov V.A. et al. A three-wave heterodyne correlation reflectometer developed in the T-10 tokamak // Rev. Sci. Instrum.- 1999.- V. 70,- P. 1700.

99. Liewer P.C. Measurements of microturbulence in tokamaks and comparisons with theories of turbulence and anomalous transport // Nucl. Fusion.- 1985. V. 25.-P. 543.

100. URL: http://www-pub.iaea.org/MTCD/Meetings/FEC2008/exp5-36.pdf

101. Ramisch M., Stroth U., Niedner S. and Scott B. On the detection of Reynolds stress as a driving and damping mechanism of geodesic acoustic modes and zonal flows // New J. Phys.- 2003,- V. 5,- P. 12

102. Shatz M.G., Solomon W.M. Experimental evidence of self-regulation by time-varying flows // Phys. Rev. Lett.- 2002,- 88,- 045001.

103. Strasbourg, 2011-Rep. P 1.115

104. URL: http://ocs.ciemat.es/EPS201 lPAP/pdf/P 1.115.pdf

105. Tryagaraja A. Is the Hartman number relevant to tokamak physics? // Plasma Phys. Control. Fusion.- 1994.- V. 36,- P. 1037

106. Heidbrink W.W. et al. Basic physics of Alfvén instabilities driven by energetic particles in toroidally confined plasmas // Phys. Plasmas.- 2008.- V. 15.- P. 055501.

107. Weiler A. et al. Survey of magnetohydrodynamic instabilities in the advanced stellerator Wendelstein 7-AS // Phys. Plasmas.- 2001.-V. 8,- P. 931

108. Toi K. et al. Energetic ion driven MHD instabilities observed in heliotron/torsatron devices Compact Helical System and Large Helical Device // Nucl. Fusion.- 2000,- V. 40.- P. 1349.

109. Ido T. et al. Measurement of electrostatic potential fluctuation using heavy ion beam probe in large helical device // Rev. Sei. Instr.- 2008.- V.79 P. 10F318

110. Eliseev L.G., Melnikov A.V., Jiménez-Gómez R., Ascasibar E., Hidalgo C., Chmyga A.A., Komarov A.D., Kozachok, A.S., Krasilnikov I.A., Krupnik L.I., Khrebtov S.M., Könies A., Kuznetsov Y.K., Liniers M., Lysenko S.E., Mavrin273

111. Sharapov S.E. et al. Monitoring Alfv én cascades with interferometry on the JET tokamak // Phys. Rev.- Lett.- 2004,- V. 93.- P. 165001

112. Donné A.J.H., Melnikov A.V., Van Oost G. Diagnostics for radial electric field measurements in hot magnetized plasmas // Czech. J. Phys.- 2002. V. 55.- P. 1077.

113. Dnestrovskij Yu.N., Melnikov A.V., Krupnik L.I., and Nedzelskij I.S. Development of heavy ion beam probe diagnostics // IEEE Trans. Plasma Sci.-1994,- V. 22.-P. 310.

114. Powers E.J. Spectral techniques for experimental investigation of plasma diffusion due polychromatic fluctuations // Nucl. Fusion 1974 - V. 14,- P.749

115. Melnikov A.V., Eliseev L.G., Alonso A., Ascasibar E. et al. Plasma potential profiles and oscillations in ECRH and NBI plasmas in the TJ-II stellarator // Proc. 37th EPS Conf. on Plasma Physics Dublin, 2010 .- Rep. PI.066

116. Spong D.A., DAzevedo E. and Todo Y. Clustered frequency analysis of shear Alfvén modes in stellarators // Phys. Plasmas 2010 - V. 17 - 022106.

117. Spong D.A., Sanchez R. and Weller A. Shear Alfvén continua in stellarators 11 Phys. Plasmas.- 2003,- V. 10,- P. 3217.

118. M. Valovic et al. Quasi-stationary high b plasmas and fast particle instabilities in the COMPASS-D tokamak with ECRH and LHCD // Nucl. Fusion.- 2000.- V. 40,- P. 1569.

119. Deng C.B. et al. Energetic-electron-driven instability in the helically symmetric experiment // Phys. Rev. Lett.- 2009.- 103.- 025003.

120. Isobe M. et al. Energetic-particle modes driven by suprathermal electrons produced by off-axis second harmonic ECRH in compact helical system (CHS) // Nucl. Fusion.- 2010,- V. 50,- P. 084007.

121. Wong K.L. et al. Internal kink instability durind off-axis electron cyclotron current drive in the DIII-D tokamak // Phys. Rev. Lett 2000 - 85 - 996.

122. Ochando M.A. et al. Up-down and in-out asymmetry monitoring based on broadband radiation detectors // Fusion Sci. Technol. 2006.- V. 50. - P. 313

123. M.A. Ochando and F. Medina. Emissivity toroidal asymmetries induced by ECRH driven convective fluxes in the TJ-II stellarator // Plasma Phys. Control. Fusion.- 2003.- V. 45,- P. 221.

124. Rodríguez-Rodrigo L., Medina F. and Ochando M. A. // Proc. 26th EPS Conf. Controlled Fusion Plasma Physics.- Maastricht, 1999 V. 23J - P. 353, URL: http://epsppd.epfl.ch/

125. A. Melnikov, L. Eliseev, M. Ochando, K. Nagaoka, E. Ascasibar, A. Cappa, F.

126. Castejon, C. Hidalgo, J.L. de Pablos, M.A. Pedrosa, S. Yamamoto, S. Oshima,

127. HIBP group and TJ-II team, A Quasi-Coherent Electrostatic Mode in ECRH

128. Plasmas on TJ-II // Plasma Fusion Research.- 2011- V. 6 P. 2402030.275

129. Днестровский Ю.Н., Мельников A.B.Определение профиля тока в плазме методом зондирования пучками тяжелых ионов // Физика плазмы,- 1986.Т. 12.- С. 687-692.

130. T. Estrada, A. Alonso, A.A. Chmyga, N. Dreval, L. Eliseev, C. Hidalgo,

131. B.Ph. van Milligen, T. Estrada, R. Jiménez-Gómez, A. Melnikov, C. Hidalgo, and the TJ-II team, A global resonance phenomenon at the TJ-II stellarator, Book of Abstracts TTF, Cordoba 2010

132. URL: http://www-fusion.ciemat.es/ttg2010/pdf/P3.14.pdf

133. B. Ph. van Milligen, T. Estrada, R. Jiménez-Gómez, A. Melnikov, C. Hidalgo, J.M. Fontdecaba, L. Krupnik, Eliseev L.G, Perfilov S.V. and the TJ-II team. A global resonance phenomenon at the TJ-II stellarator// Nucl. Fusion.- 2011.- V.51.-P. 013005.

134. Van Oost G., Adämek J., Antoni V., Balan P., Boedo J.A., Devynck P., Duran I., Eliseev L., Gunn J.P., Hron M., Ionita C., Jachmich S., Kimev G.S., Martines E., Melnikov A.V., Schrittwieser R., Silva C., Stockei J., Tendier M., Varandas

135. C., Van Schoor M., Vershkov V,. Weynants R.R. Turbulent Transport Reduction by ExB Velocity Shear During Edge Plasma Biasing: Recent Experimental Results // Plasma Phys. Control. Fusion. 2003. - V. 45. - P. 621.

136. Taylor R.L. et al. H-mode behavior induced by cross-field currents in a tokamak // Phys. Rev. Lett. 1989. -V. 63. - P. 2365.

137. Weynants R.R., van Oost G., Bertschinger G., Boedo J., Brys P., Delvigne T., Dippel K.H., Durodie F., Euringer H., Finken K.H., Gray D.S., Hey J.D., Hillis

138. Askinazi L.G., Golant V.E., Lebedev S.V., Rozhanskij V.A., Tendier. M. Radial current in a tokamak caused by a biased electrode // Nucl. Fusion. 1992. - V. 32.-P. 271-277.

139. Miura Y. et al. Divertor biasing effects to reduce the L-H power threshold in the JFT-2M tokamak // in Fusion Energy 1996. V. 1. - P. 167. - IAEA, Vienna, 1997. - IAEA-CN-64/02-4.

140. Schmidt L. et al. Divertor biasing experiments in PBX-M // In IAEA Technical Committee Meeting "Tokamak plasma biasing" . 1992.

141. Van Oost G., Gunn J.P., Melnikov A., Stockel J., Tendler M. The Role of Radial Electric Fields in the Tokamaks TEXTOR-94, CASTOR and T-10 // Czech. J. Phys. 2001. - V. 51. - P. 957.

142. Kirnev G. et al. First results of biasing experiments on the T-10 tokamak // Czech. J. Phys.-2001.-V. 51.-P. 1011.

143. Gorman J.G. and Rietjens L.H.Th. Rotating plasma experiments in the B-3 stellarator // Phys. Fluids. 1966. - V. 9. - P. 12.

144. Boedo J.A., Gray D., Jachmich S., Conn R., Terry G.P., Tynan G., Van Oost G., Weynants R.R., TEXTOR Team. Enhanced particle confinement and turbulence reduction due to E x B shear in the TEXTOR tokamak // Nucl. Fusion . -2000. -V. 40.-P. 1397.

145. Boedo J.A., Gray D.S., Terry P.W., Jachmich S., Tynan G.R., Conn R.W., TEXTOR-94 Team. Scaling of plasma turbulence suppression with velocity shear // Nucl. Fusion. 2002. - V. 42. - P. 117-121.

146. Herranz J., Castejón F., Pastor I., McCarthy K.J. The spectrometer of the highresolution multi-position Thomson scattering diagnostic for TJ-II // Fusion Eng. Des. 2003. - V. 65. - P. 525-536.

147. Pedrosa M.A., López-Sánchez A., Hidalgo C., Montoro A., Gabriel A., Encabo J., de la Gama J., Martínez L. M., Sánchez E., Pérez R., Sierra C. Fast movable remotely controlled Langmuir probe system // Rev. Sei. Instrum. 1999. - V. 70.-P.415.

148. McCarthy K. A. First study of impurity behavior during externally induced radial electric fields in the TJ-II stellarator // Fusion Sei. Technol. 2004. - V. 46.-P. 129.

149. Kirnev G.S., Budaev V.P., Dremin M.M., Gerasimov E.V., Grashin S.A., Khimchenko L.N., Krilov S.V., Pavlov Yu.D., Shelukhin D.A., Soldatov S.V.,

150. Timchenko N.N., Van Oost G., Vershkov V.A. Peculiarities of electrode biasing experiments on the T-10 tokamak in regimes with Ohmic and ECR heating // Plasma Phys. Control. Fusion. 2003. - V. 45. - P. 337.

151. Tribaldos V. Monte Carlo estimation of neoclassical transport for the TJ-II stellarator // Phys. Plasmas. 2001. - V. 8. - N. 4. - P. 1229.

152. Kamiya K. et al. Spatio-temporal structure of the edge radial electric field during H-mode in JT-60U // Nucl. Fusion. 2011. - V. 51. - P. 053009.

153. Wagner F. et al. H-mode and transport barriers in helical systems // Plasma Phys. Control. Fusion. 2006. - V. 48. - P. A217.

154. Sánchez J., Acedo M., Alonso A.,., Melnikov A.V. et al. (110 авторов). Confinement transitions in TJ-II under Li-coated wall conditions // Nucl. Fusion. -2009. V. 49.-P. 104018.

155. Melnikov A. et al. Turbulence and plasma potential evolution study by HIBP diagnostic during L-H transition in the TJ-II stellarator // 36-th EPS Conf. on Plasma Physics.- Sofia, 2009.- ECA.- V. 33E.- P4-186.

156. Hallock G.A., Wooton A.J. Space potential and density fluctuations in the ISX-B tokamak // Phys. Rev. Lett. 1987. - V. 59. - P. 1301.

157. Demers D.R. et al. Radial electrostatic flux inferred from core measurements of potential and density fluctuations. // Phys. Plasmas. 2001. - V. 8. - P. 1278.

158. Ascasibar E. et al. Global energy confinement studies in TJ-IINBI plasmas // Contrib. Plasma Phys. 2010. - V. 50. - P. 594.

159. Van Miliigen B. Ph. et al. Integrated data analysis at TJ-II: the density profile // Rev. Sei. Instrum.- 2011,- V. 82.- P. 073503

160. Estrada T., Hidalgo C., Happel T. Signatures of turbulence spreading during the H-L back-transition in TJ-11 plasmas // Nucl. Fusion. 2011. - V. 51.1. P. 032001.