Исследование поведения тяжелых примесей в токамаке с дивертором и создание комплекса лазерной флюоресцентной спектроскопии для токамака-15 тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ



РОССИЙСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ» ИНСТИТУТ ЯДЕРНОГО СИНТЕЗА

РГ8 ОД

На правах рукописи УДК 533.9

ВУКОЛОВ Константин Юрьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ ПРИМЕСЕЙ В ТОКАМАКЕ С ДИВЕРТОРОМ И СОЗДАНИЕ КОМПЛЕКСА ЛАЗЕРНОЙ ФЛЮОРЕСЦЕНТНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ ДЛЯ ТОКАМАКА-15

01.04.08 — физика и химия плазмы

Автореферат на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва—1994

Работа выполнена в Институте Ядерного Синтеза Российского Научного Центра "Курчатовская Институт".

Научный руководитель - доктор физико-математических наук.

Н.В.Иванов.

Официальные оппоненты:

кандидат физико-математических наук - Г.Т.Раздобарин, доктор физико-математических наук - профессор В.С.Стрелков.

Ведущая организация - Троицкий Институт Инновационных и Термоядерных Исследования

Защита диссертации состоится "__." 1994 г.

в __ часов на заседании специализированного совета по

физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу при Российском Научном Центре "Курчатовский Инситут" (Д.034.04.01) по адресу 123182, Москва, пл. Академика Курчатова.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РНЦ "Курчатовский Институт".

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета кандидат физико-математических наук

Актуальность работы. Результаты исследований по программа управляемого термоядерного синтеза нэ установках токамак последнего поколения (TFTR, JET, JT-60), а также нэ ряде установок меньшего масштаба, привели к выводу о значительном влиянии физически процессов на периферии плазмы нэ возможность достижения термоядерных параметров плазмы. Это обусловлено тем, что как удержание плазмы, так и ее энергетические параметры зависят от условий на границе плазменного шнура, и, в частности, от взаимодействия плазма-стенка, определяющего уровень рециоингэ, степень эрозии стенки, а также энергетические параметры периферийной плазмы. В связи с этим большое внимание уделяется исследованиям процессов на периферии плазмы, что требует развития соответствующих методов диагностики.

Диссертация посвяиеаа разработке метода лазерной флюоресцентной спектроскопии (ЛФС) для исследования взаимодействия плазма-стенка. Использование метода ЛФС на термоядерных установках позволяет определить абсолютные концентрации атомов (или ионов) примесей и рабочего газа, их потоки и температуры. К достоинствам метода ЛФС следует отнести высокую чувствительность (для атомов металлов до I05 ат/см~3), хорошее пространственное (порядка I см3) и временное разрешение (менее I мхе з зависимости от типа лазера ).

Цель работы - создание современного диагностического комплекса для исследования пристеночной плазмы методом ЛФС на установке Токамак-15, а также изучение поведения тяжелых примесей на токамако с двумя тороидальными диверторами 10-2.

Новизна работы заключается в том. что впервые на базе промышленных образцов аппаратуры создан автоматизированный многоканальный диагностический комплекс ЛФС с высоким пространственным и временным разреиением, не уступающий по своим характеристикам зарубежным аналогам.

Проведено изучение эрозии стенки токамзкз 10-2 в Д'.гверторном и лимитерном режимах в эквивалентных условиях на одной установке, и для этих двух случаев получены зависимости концентрации атомов железа у поверхности элемента стенки от расстояния до границы плазменного шнура. Рассмотрены механизмы эрозии стенки для дизерторного и лкг.'.терного режимов как на квазистационарной стадии рзгрядз, так и в случае срыва.

Научкая и практическая ценность. В результате проведенных экспериментальных исследований разработана, создана а испытана диагностическая аппаратура Л<хс, подготовленная -для работы на установке Токамзк-15. На практике отработана методика измерений абсолютных концентраций металлических примесей в пристеночной области установки токамак и, конкретно, для разработанного диагностического комплекса ЛФС Токамака-Ib. На установке ТО-2 получен экспериментальный материал по проблеме плазма-стенка в условиях диверторного режима работы.

Автор выносит на защиту комплекс ЛФС аппаратуры, разработанный специально для диагностики пространственного распределения концентрации атсмов и ионов примесей, из температур и результаты исследований методом ЛФС по программе плззмз-стенка на малом тс-камаке ТО-2 с двумя тороидальными диверторами.

Апробация работы- Основные положения и результаты работы были представлены на 4-ом Всесоюзном совещании по диагностике высокотемпературной плазмы (Алушта, 1У8Ь) и 12-ой Международной конференции по физике плазмы и УТС (Ницца, 1Э88), на научно-технических семинарах в РНЦ "Курчатовский Институт", а также опубликованы в научных журналах.

Обгсм работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, в которых изложены результаты работы и заключения с основными выводами. В диссертации 125 страниц, 26 рисунков и список цитированной литературы, включающий 48 работ.

Содержание диссертации.

Во вэедении на основе проведенного литературного обзора проведен анализ основных положений теории лазерной флюоресценции с акцентом на методически важные вопросы для измерения абсолютных концентраций атсмов тяжелых примесей на периферии установок токамак. Обоснована актуальность темы диссертации с точки зрения применения метода ЛФС в исследованиях по программе УТС на современном этапе их развития. Сделан обзор наиболее интересных экспериментальных работ по изучению поведения тяжелых примесей на токамаках методом ЛФС. На основании проведенного анализа экспериментальных работ сделан вывод о том, что диагностика ЛФС является информативным инструментом для исследования

- 2 -

периферийной плазмы и имеет ряд преимуществ по сравнению с эондовыми диагностиками и пассивными методами эмиссионной спектроскопии. К этим преимуществам следует отнести: локальность измерений (ч I слг); высокую чувствительность

г о

регистрации металлических примесей (до 10 см ); хорошев временное разрешение (от I мкс до 10 не); высокую селективность по длинам волн; отсутствие проблемы паразитной засветки для смещенной флюоресценции.

В первой главе диссертации приводится описание установки ТО-2 и результатов экспериментов по исследованию поведения Примесей пассивными спектральными и зондовыми методами на этой установке.

В 5 I дано описание параметров токамака с двумя тороидальными диверторами ТО-2 и комплекса диагностик этой установки. Эффективно работающий дивертор представляет большой интерес для физических исследований по проблеме плазма-стенка и, в частности, для защиты плазмы от поступления тяжелых примесей. Тяжелые примеси (Ре. N1, Т1, Сг) могут оказаться определяющими в энергетических потерях в центре плазменного шнура, так как тормозное и рекомбинавдонное излучения пропорцианальны квадрату заряда. Ионизационные длины пробегов атомов тяжелых элементов в пристеночной области токамака как правило меньше толщин диверторного слоя, и, следовательно, поток тяжелых примесей должен в той или иной мере экранироваться диверторным слоем. С этой точки зрения особый физический интерес для изучения эффективности дивертора представляет сравнение механизмов и интенсивности поступления в плазму примесей в диверторном и лимитерном режимах установки ТО-2.

В § 2 описаны пассивные спектральные методики исследования плазмы, применявшиеся на установке ГО-2. Сканируемый интерферометр Фабри-Перо использовался для измерения температуры ионов по дошлеровскому уширеяшо спектральных линий. Рассмотрен метод сканирования плазменного шнура горизонтальной щелью для исследования пространственных распределений ионов или атомов примесей. Приведены результаты, полученные на установке ТО-2 с помощью этих диагностик. Исследования поведения _ тяжелых примесей на периферии плазменного шнура нэ могут быть осуществлены только методами пассивной спектральной диагностики, так как эти методы не обеспечивают надежных измерений абсолютных

концентраций и температур тяжелых примесей в пространстве и времени, а также не позволяют определить механизмы поступления тяжелых примесей. Диагностическим методом, обеспечивающим эта измерения, является лазерная флюоресцентнэя спектроскопия.

В ? 3 дан краткий обзор параметров дзшерторного слоя, порученных ¿.П. Бопрядухиным в результате оригинальных зондовых измерений и использовавшихся при интерпретации и анализе данных ЛФС исследований.

Во второй главе описано практическое решение методических вопросов ЛФС диагностики в разработанном комплексе аппаратуры, приведен состав комплекса, его характеристики и методика измерений.

В § I приведено описание лазерного комплекса диагностики ЛФС на установке 10-2, включающего импульсных зксимерный лазер, перестраиваемый лазер на красителях, систему ввода-вывода излучения и систему регистрации. Сделан анализ параметров аппаратуры с указанием методических аспектов ее применения.

В § 2 описана созданная оптическая система регистрации, включающая светосильный кварцевый объектив сбора излучения, узкополосные интерференционные фильтры в качестве диспергирующего устройства и 20ти-канальны2 протяженный кварцевый световод. Обсуждаются экспериментальные преимущества использования интерференционных фильтров и световодного коллектора в ЛФС исследованиях.

Параграф .3 посвящен описанию разработанной электронной системы регистрации флюоресцентных сигналов и системы управления диагностическим комплексом. На примере эксперимента по отработке режима функционирования диагностического комплекса с использованием лампы с полым катодом из железа показана методика проведения измерений с выбором оптимальных режимов. Приводятся характерные осциллограммы, временная диаграмма следования сигналов.

В § 4 описаны вспомогательные диагностики ЛФС комплекса, а в §5 рассмотрена процедура абсолютной калибровки измерительного тракта и приведена расчетная формула для вычисления абсолютной концентрации атомов железа при использовании разработанного диагностического комплекса.

В третьей главе представлены экспериментальные результаты ЛФС измерений концентрации атомов железа в

- Ч -

диверторном и лимитерном режимах на токамзкэ ТО-2 и сделан же анализ. Основной целью ЛСС экспериментов шлялось изучение механизмов и интенсивности эрозии подвижного элемента стенки а даверторнсм 1 лимитерном режимах работы установки ТО-2, а также исследование чувствительности, динамического диапазона и других характеристик разработанного диагностического комплекса ЛФС.

Токамак ТО-2 имеет форму рейстрека с круговыми секциями вакуумной камеры радиусом 50 см г прямыми секциями длиной 72 см, малый радиус камеры 18 см, материал вакуумной камеры -нержавеющая сталь. Б середине прямолинейных участков токамакз установлены тороидальные инверторы. Положение з радиус сепарэтрисной поверхности определяются отношениями токов диверторных катушек к току основной ос;мотки тороидального поля. В частности, радиус сепаратрисы может превышать радиус лимитера, и тогда тскамак работает з лимитерном оежико.

ЛФС диагностика размещалась з патрубке, расположенном з середине круговой секции камеры, Излучение лазера вводилось вдоль вертикальней оси, смененной на 55 мм наружу от центра камеры, и проходило через отверстие з подвижном элементе стенки, представлявшем собой цилиндр из нержавешея стали диаметром 32 мм, срезанный под углом 75'к вертикальной оси. Подвижный элемент стенки мог перемещаться в пределах пристеночной области и диверторного слоя и использовался как материальный зонд для исследования взаимодействия плазма-стенка.

Для возбуждения резонансного перехода а°£ч-уо0^ атома железа на длине волны х. = 302,Св нм использовалось излучение лазерного комплекса, состоящего из эксимерного лазера и перестраиваемого лазера на красителях. Энергия зондирующего лазерного излучения з импульсе составляла примерке 1 яд-1:, частота повторения лазерных импульсов 100 Гц, длительность импульса 20 не, спектральная ширина излучения 15 лкк, превышало величину допплеровского угирения линия погтсссн:'.?. атомов железа. Для контроля длины волны лазерного азлу-гтля использовался флюоресцентный сигнал плазмы в лампе с пс-ть? катодом из железа.

Флюоресцентное излучение на_ллике волны соответствующей переходу у^^-а^Т- агомз желез», сс'.'^о/'сь

4 о

кварцевым светосильным объективом. 3 качестве дисгэог:"' ууз г с-устройства в первой серии экспериментов прим----;я.:о;:

монохроматор МДР-2, на последуюших стадиях - узкополосные интерференционные фильтры. На заключительном этапе исследований, флюоресцентное излучение поступало на вход 20-канэльного кварцевого коллекторного световода длиной 10 м, который служил для пространственного разрешения собираемого излучения, с передачей световых потоков нз ФЭУ-64, работавших б режиме модуляции сигнала. Флюоресцентный объем мог варьироваться от 0,1 до I см^'. Импульсные флюоресцентные сигналы регистрировались на многоканальном интеграторе и записывались в память МИКХ ЭВМ.

В диверторном режиме (§1, гл.З) эксперименты проводились ь магнитной конфигурации с радиусом сепаратрисы 12 см и толщиной дкверторного слоя I су. (Под толщиной дквертсрного слоя понимается ширина слоя силовых линий, уходящих из этого сечения, б дквертор.) Измерения Пр т у поверхности подвижного элемента стенки были выполнены при трех пространственных положениях подвижного элемента стенки: = 12 см, 13 см,

14 см - радиус озспсложения поверхности подвижного

элемента стенки). Оптическая ось регистрации и, соответственно, флюоресцентный объем перемещались вместе с подвижным элементом стенки, оставаясь на фиксированном расстоянии от его поверхности. Оптическая ось регистрации, определявшая положение флюоресцентного объема проходила на расстоянии примерно 4 мм от поверхности подвижного элемента стенки.

Общую картину поведений флюоресцентного сигнала, определявшегося интенсивность» эрозии поверхности подвижного элемента стенки, можно представить следующим образом. На стадии формирования плазменного шнура в течение первых десяти миллисекунд разряда регистрировался высокий уровень сигнала, связанный с усиленным взаимодействием плазмы со стенкой. Затем сигнал падал до уровня, определявшегося плотностью, плазмы и расстоянием от поверхности подвижного элемента стенки до сепаратрисы. Дальнейшее поведение флюоресцентного сигнала в течение разряда было в основном связано с этими двумя параметрами. Если разряд заканчивался без срыва, то флюоресцентный сигнал ' в конце разряда уменьшался прошрцианалънэ плотности плазмы. В случае, когда разряд прерывался из-за неустойчивости срыва, происходил резкий рост сигнала, связанный с резким увеличением потека ионов (атомов), бомбардирующих поверхность элемента стенки.

Срыв приводил к значительному выбросу примесей и, в частности, росту от трех до восьми раз концентрации атомов железа в зондируемом объеме в зависимости от расположения подвижного элемента стенки относительно сепаратрисы и характера неустойчивости срыва. Набранная статистика позволяет утверждать, что в момент срыва Пре1 у поверхности подвижного элемента стенки возрастала примерно до 5-10 см-3, когда подвижный элемент стенки находился в районе сепаратрисы. Спадающий флюоресцентный сигнал в этом случае регистрировался в течение 20 - 30 мс с момента срыва (после прекращения разряда).

Усредненная по времени концентрация атомов железа на квазистационарной стадии разряда вблизи поверхности подвижного элемента стенки Пре1 равнялась 1-Ю см при разметании элемента стенки в области сепаратрисы (гпэс = 12 см). Смешение подвижного элемента стенки на расстояние I см к стенке камеры от сепаратрисы в глубь диверторного слоя (гпзс = 13 см) привело к уменьшению Прр1 на порядок величины до значения 1*10® см-? Перемещение элемента стенки- на радиус гпэс = 14 см вызвало снижение Пре1 еще более чем на порядок величины. Можно предполагать, что в случае гпэс = 12 см элемент стенки непосредственно контактирует с плазменным шнуром. Снижение флюоресцентного сигнала при смещении подвижного элемента стенки на радиус гпэс = 13 см указывает на его выход за сепаратрису. Резкая спадающая зависимость концентрации от положения подвижного элемента стенки

свидетельствует о высокой разгружающей эффективности диверторного слоя ГО-2.

На квазистационарной стадии разряда для положения гпэс = 12 см было получено пространственное распределение концентрации атомов железа вдоль лазерного луча в диверторном режиме. Измерения проводились стандартным образом, но флюоресцентный объем для улучшения пространственного разрешения был в два раза уменьшен (Уф^ = 0,05 см ) за счет высоты входной щели МДР-2. Измерения проводились в последовательных разрядах в трех точках вдоль лазерного луча, отстоящих друг от друга на расстояние 4 мм. Эти измерения позволили определить величину длины пробега атомов железа до ионизации в области сепаратрисы: хи = 5 - I мм в предположении, что ионизация является единственным механизмом ослабления потока атомов.

Предельная чувствительность регистрирующей аппаратуры в описанных выше измерениях концентрации атомов железа

С Г)

находилась на уровне 5-10 ат/см . Для продолжения измерений методом Ж! в пристеночной области вплоть до размещения подвижного элемента стенки на радиусе камеры ТО-2 возникла необходимость улучшения чувствительности. В схему эксперимента было внесено несколько изменений, наиболее существенным из которых являлся переход к использованию в качестве диспергирующего устройства узкополосного интерференционного фильтра, что позволило увеличить в пять раз флюоресцентный объем без потерь в пропускании оптической системы. Кроме того изменение геометрии эксперимента обеспечило увеличение телесного угла в два раза по сравнению со случаем измерений в области сепаратрисы. Это позволило довести предельную чувствительность метода до 5-Ю5 ат/см3.

Исследования были продолжены во второй серии экспериментов в диверторной конфигурации с толщиной диюрторного слоя примерно I см и радиусом сепаратрисы 13 „5 см. Основные параметры плазмы практически не изменились. Концентрация атомов железа измерялась у поверхности элемента стенки, располагавшегося на радиусе гпэс = 16 см, т.е. на расстоянии 2,5 см от сепаратрисы. Усредненный по времени уровень концентрации атомов железа у поверхности подвижного элемента стенки на квазистационарной стадии составил: йре1 = 4-10® см""3. Измерения у поверхности элемента стенки, расположенного на радиусе стенки вакуумной камеры (гпэс = 18 см), т.е. на расстоянии 4,5 см от сепаратрисы, дали значение концентрации атомов железа равное 5*10° см"?

В § 2 описаны результаты измерений концентрации атомов железа в лимиторном режиме, в котором использовались два кольцевых лимитера радиусом 12,5 см с графитовым покрытием. Они располагались ь двух сочониях тора на расстоянии 30 см по оси вакуумной камеры один от другого. ЛФС измерения ьнпеллялиоь в том ко оптическом патрубко, что и в дирерторном ригам*, юр» этч;м подавши* племэпт стенки располагался между атют лимите}тл. Сиич&ский рожим работы установки, в котором крда-шхлзеь Д'К/ измерения, характеризовался следующими ссч'Лччка пара«»•рами: ток плазмы 40 кА; тороидальное поле на о':;' них^! 1.2 Тл; т*>>«чг ;ту[ л эгоктронов в центре плэзмы 400 •;Ь. Явл?'-г.;1я ;1';ст si.vi3.yw в разряде определялась

у--.'1.ул:-:т:-.у. ¡¡-¡пус::'.-;-' г'...;".ор-,/.••: с ЯП у.е по 50 мо. Это вызыьэло

рост плотности плазмы на этой стадии разряда до й = М013см-3 с дальнейшим ее спадом и выходом на равновесный уровень.

Измерения np0j осуществлялись при размещении подвижного элемента стеяки на радиусе 14 см, т.е. на расстоянии 1,5 см в тени лимитера в трех каналах регистрации с пространственным разрешением 5 мм вдоль луча лазера при частоте повторения лазерных импульсов 100 Гц. Флюоресцентный объем, соответствующий первому каналу, находился непосредственно у поверхности подвижного элемента стенки. Размеры всех трех выделенных оптической системой регистрации флюоресцентных объемов были равны I см3. На стадии высокой плотности плазмы (n = I-IQi3 см'3) абсолютная концентрация атомов железа у

7

поверхности элемента стенки составила 7-10 см . Это примерно в три раза болыиз, чем значение Прр^. полученное в диверторном режиме при таком же расстоянии от границы плазменного шнура до поверхности элемента стенки.

По полученным экспериментальным зависимостям концентраций атомов железа от времени для двух пространственных каналов регистрации была определена длина пробега атомсв железа до ионизации в тени лимитера. На стадии высокой плотности плазмы длина пробега атомов железа составила = 13 мм.

.¿lUxl

Измерение nFe-j на радиусе стенки камеры проводилось в другом режиме. Магнитная конфигурация была изменена так, что радиус сепаратрисы оказался больше радиуса защитного экрана ВЧ-антенны, игравшего в этом эксперименте роль лимитера, и, таким образом, установка была переведена в димитерный режим. Радиус лимитера равнялся 14,5 см. Температура и средняя плотность плазмы не изменились по сравнению с диверторным режимом, в котором проводились аналогичные ЛФС измерения. Измерения концентрации атомов железа на радиусе стенки вакуумной камеры в лимитерном режиме дали значение 5*10° см-3, такое же как и в диверторном режиме.

Обсуждению результатов ЛФС исследований на установке ТО-2 посвящен § 3. Как в диверторном, так и в лимитерном режимах механизмом эрозии стенки и лимитера на квазистационарной стадии являлось распыление поверхности атомами перезарядки и ионами. Отмечено несколько фактов, подтверждающих такой вывод, основным из которых является то, что временная зависимость nQ(l> -нормирует на

квазистационарвой стадии с "ре^С-) при всех положениях подвижного элемента стенки относительно границы плазмы. Длина пробега атомов железа до ионизации в диверторном слое (х = 5 мм) меньше толщины диверторного слоя (10 мм), а уровень концентрации атомов железа, измеренный у поверхности подвижного элемента стенки падает на порядок величины при смещении его от границы плазменного шнура на край диверторного слоя, что позволяет сделать вывод об эффективном экранировании диверторным слоем тяжелых примесей. В момент срыва механизм эрозии поверхности носит характер теплового удара, так как при этом в течении нескольких мс после окончания разряда срывом методом ЛСС регистрируется отличная от нуля концентрация атомов железа, что говорит о наличии у поверхности элемента стенки металлического пара.

Еа основе получанных экспериментальных результов сделана

оценка потока атомов железа со стенки и лимитера в плазму на

квазистационарвой стадии разряда. Поток атомов железа, идущих

с лимитера находится на уровне 2-Ю14 см-2с-1, а поток атомов

железа со стенки вакуумной камеры установки ТО-2 можно

тт -? -Т оценить как 1-Ю си с .

Бодводя итоги третьей главы, следует подчеркнуть, что разработанный диагностический комплекс обладает достаточной чувствительность» и динамическим диапазоном для измерения абсолютных концентраций атомов железа в течение разряда токамака в диверторном и -паттерном режимах во всей пристеночной области от границы плазменного шнура до радиуса стенки вакуумной камеры. Полученные результаты позволяют говорить о высокой информативности метода Л4С для исследований плазма-стенка на термоядерных установках.

В четвертой главе рассматривается комплекс ЛФС диагностики, разработанный дая Токамака-15. В 5 I приведены результаты расчетов основных параметров лазерного комплекса. Рассчитанная на основе теоретически представлений энергия в импульсе зондирующего излучения лазера, необходимая для работы ЛФС диагностики в режиме насыщения, составляет 3 мДж. Хакой уровень энергии во всем рабочем спектральном диапазоне достигнут на созданном лазерном комплексе. Предельная чувствительность ЛФС диагностики для установки Токамак-15 составляет приблизительно Ю6 ат/см"3. Такая чувствительность является достаточной для проведения намеченного плана исследований методом ЛФС на Токамаке-15, так как концентрация

- 10 -

атомов примесей в пристеночной области установок подобного класса оказывается, как правило, не менее 10®ат/см-3.

В § 2 рассмотрен состав созданной диагностической системы ЛСС Токамака-15, проведен анализ характеристик аппаратуры, ее функотанирования я режимов работы. В ходе работ по проектированию я изготовлению элементов конструкций диагностики Д5С на Токэмаке-15 комплексно решены такие проблемы, как обеспечение соосности элементов ввода-вывода зондирующего изучения на больших (>10 м) расстояниях; зашита оптиче'лчих элементов от потоков примесей; учет циклических температурных нагрузок; защита электронных систем от рассеяны* электромагнитных полей; создание дистанционного управления и другие. Конструкционные элементы комплекса Л4С диагностики Токамака-15 изготовлены и готовы для размещения нч установке. Зсе элементы прошли вакуумные и механические испытания на стенде, з часть наиболее важных элементов системы зводэ-вывода излучения была успешно опробована непосредственно нэ установке Токамак-15. На основе проведенных на токамаке ТО-2 ЛФС экспериментов в § 2 сделаны ¡^едлтдания по улучшению характеристик диагностики ЛФС Токамак.э-15 с использованием современных достижений оптического приборостроения.

Заключение

3 диссертационной работе рассмотрены вопросы создания диагностического комплекса лазерной флюоресцентной спектроскопии для изучения тяжелых примесей на установке Тскзмзк-15. Метод и диагностическая агшпаратура былз опребированы при измерениях абсолютной концентрации атомов железа у поверхности подвижного элемента стенки в диверторном и лимитерном режимах на установке ТО-2. Опыт работ Л$С диагностики на ТО-2 послужил основой решения ряда методических вопросов построения диагностического комплекса ЛФС установки Токамак-15.

Основные результаты, полученные в диссертационной работе состоят в следующем:

I. Создан автоматизированный многоканальный диагностический комплекс для измерения абсолютных концентраций тяжелых прнмесеа в пристеночной области установки токамак, на котором в макетных экспериментах на

- И -

установке 10-2 отработана методика ЛФС диагностики для Токамака-15.

2. На установке ТО-2 с использованием разработанного комплекса JMC аппаратуры получены следующие экспериментальные результаты: в диверторном и лимитерном режимах измерены абсолютные концентрации атомов железа у поверхности подвижного элемента стенки, на квазистационарной стадии разряда измерена длина пробега до ионизации атомов железа в диверторном слое и в тени лимитера, установлена экспериментальная зависимость концетрации атомов железа у поверхности элемента стенки от расстояния между плазменный шнуром и стенкой.

3. С использованием результатов работы ЛФС диагностики на установке ТО-2 проведены расчеты необходимых для-вьшолнения программы ЛФС исследований на Токамаке-15 основных параметров лазерного комплекса и предельной чувствительности-ЛФС аппаратуры для измерения абсолютной концентрации тяжелых, примесей.

4. Разработан и создан диагностический комплекс ЛФС для исследования тяжелых примесей на установке Токамак-15. •

Содержание диссертации изложено в следующих печатных работах:

1. Артеменков Л.И., Вуколов К.Ю., Гродзинский Е.Б., Гуров A.A., Мальцев С.Г., Мухин П.А., Папков Л.Н., Попрядухин А.П., Швдндт H.H. Поведение примесей и баланс энергии в токамаке с давертором ТО-2. // Препринт ИАЭ - 3792/7. М. 1983.

2. Вуколов К.Ю., Ивиндт H.H., Берик Е.Б. Диагностический комплекс для исследования методом лазерной резонансной флюоресценции на установке ТО-2. // Препринт ИАЭ-4127/7. М. 1335.

3. Артеменков Л.И., Вуколов К.Ю., Мухин П.А., Ивиндт H.H., Вайкседьбяум Л., Вонцаяь У., Бенцка Д., Кребс К.Г., Лидер Г., Ной,манн В. Применение метода лазерной флюоресцентной сиоктроскозия для исследования поведения атомов железа на .nsp«-J*»p2« пламенного ишура юкамака ТО-2. // Препринт ИАЭ -

4340/7. М. 1985.

4. Артемонков Д. И., Б,у колов К.Ю., Мухин П. А., Ивиндт H.H. Лрсмзшяк» удтода лаачрМ флоорсцокткоа спектроскопии для иссгздпш:».аи иоюдеиин ятоу.ов келозз на периферии плазменного скурэ tok«m.'::.ic'i ТС-2. // ■ Дкагностика плазмы. Под редакцией

- 1с -

M.И.Пергамента. / Вып.6. Стр. 112 - 116. Энергоатомиздат. 1989.

5. Byколов К.Ю., Швиндт H.H., Лидер Г., Венцель У. Измерения концентрации атомов железа методом лазерной флюоресценции на токамаке ТО-2. Доклад на 12ой Международной конференции по физике плазмы и УТС. IAEA - ТЕСЮС - 519. ISSN 1011 - 4289. Ylenn 1939. P.171 - 1Тб.

6. Вуколов K.B., Куркович C.B., Швиндт H.H. Исследование оптическими методами эффективности нагрева ионной компоненты плазмы в токамаке ТО-2 на берштейновской моде. // Препринт ИАЭ - 5462/7. M. 1992.

7. Вуколов К.Ю., Швиндт H.H. Исследование поступления в плазму тяжелых примесей методом лазерной флюоресцентной спектроскопии на токамаке с тороидальным дивертором ТО-2. // Физика плазмы. Т. 18. Вып.6. 1992. Стр. 674 - 678.

Технический редактор О.П. Громова

Подписано > печать 04.04.94. Формат 60x84/16 Уч.-изд. л. 0,6. Тираж 71. Заказ 65

Отпечатано в РНЦ «Курчатовский институт» 123182, Москва, пл. Академика Курчатова