Коллективные свойства плазмы токового разряда в стеллараторе тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

РГ6 од

I '[¡¡О/]

ХАРЬКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ! УНИВЕРСИТЕТ

КОЛЛЕКТИВНЫЕ СВОЙСТВА ПЛАЗМЫ ТОКОВОГО РАЗРЯДА В СТЕЛЛАРАТОРЕ

01.04.08-физика и химия плазмы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

На правах рукописи

Харьков-1993

Работа выполнена в Украинском научном центре "Харькозский физико-технический институт", г. Харьков

Официальные оппоненты: член-корр. РАН, профессор,

Шафранов Виталий Дмитриевич (Российский научный центр "Курчатовский институт" г. Москва),

член-корр. РАН, профессор,

Силин Виктор Павлович (Физический институт

РАН, г. Москва),

доктор физико-математических наук, профессор, Репалов Николай Семенович

Ведущая организация: Институт ядерный исследований АН Украины,

г. Киев.

Защита диссертации состоится " М " и+е-нл. 1993 г. в 15 часов на заседании специализированного совета Д 053.06.01 Харьковского госуниверситета (310108, г. Харьков, пр.Курчатова 31, ауд. 3(Я).

С диссертацией мокно ознакомиться в Центральной научной библиотеке Х17.

Автореферат разослан " ^ " 1993 г.

Ученый секретарь специализированного

совета, кандидат физико-математических f/// /Э-

наук ^Т^З^^Азаренков H.A.

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш» Исследования по программа управляемого термоядерного синтеза, в космосе и в магнитосфере Земли показали, что в целом ряде случаев представления о процессах переноса плазмы, основанные на теории парных кулоновских столкновений, оказываются недостаточными при объяснении результатов экспериментов. Наблюдающиеся отклонения от "классических" представлений обусловлены механизмами, связанными с коллективными движениями в плазме, то есть с такими процессами, при которых изменения траекторий заряженных частиц происходит, в основном, в результате воздействий электрических и магнитных полей колебаний плазмы. Выяснение природы коллективных свойств плазмы представляет интерес для развития методов нагрева и удержания плазш, коллективных методов ускорения заряженных частиц, генерации коротковолнового излучения и т.д. Применительно к тороидальным квазистационарным системам магнитного удержания особый интерес в настоящее время представляют проявления коллективных свойств токонесущей плазмы. К ним относятся: равновесие и !Щ устойчивость "тороидальной плазмы, аномалия электропроводности и турбулентный нагрев плазш, коллективный перенос плазмы поперек магнитного поля, генерация примесей при наличии флуктуирующих электрических полей в периферийной плазме.

Цели и задачи исследований. Диссертация посвящена систематическому изучению коллективных процессов, возбуждающихся в плазме токового разряда в тороидальных магнитных ловушках, и их влияния на коэффициенты переноса. В ней рассматриваются:

- возможности создания термоядерного реактора на основе стеллараторных магнитных систем;

- характеристики магнитной конфигурации стелларатора и влияние на них плазменного тока;

- равновесие токонесущей плазш в стелларатора;

- возбуждение мелкомасштабной неустойчивости плазиы токового разряда, приводящей к аномалии ее электропроводности;

- турбулентный нагрев плазш г оком;

- генерация быстрых ионов, подавление и срыв убегания электронов в тороидальном турбулентной токовой разряде;

- возбуждение длинноволновых дрейфовых колебаний и их влияние на перенос плазш токового разряда в стеллараторе;

- механизмы эрозии первой стенки плазмой токового разряда

в стеллараторе и методы минимизации потоков примесей в плазму. '

На защиту выносятся следующие основные положения, определяющие научную новизну полученных в диссертации результатов и отвечающие новому перспективному научному направлению в области физики плазш - исследование коллективных взаимодействий в тороидальной плазме токового разряда:

1. Возмущения магнитной конфигурации стелларатора большими плазменными токами (сравнимыми с токами Шафранова-Крускала) или плазмой конечного давления ( £ ре ) приводит к ее перестройке, результатом чего является перестройка профилей распределения плотности и значительное увеличение скорости потерь плазш.

2. При увеличении напряженности электрического поля и тока в незаыагниченной плазме токового разряда в стеллараторе выше некоторой критической величины в ней возбуждаются ионно-звуко-вые колебания, которые приводят к повышению сопротивления плазш и аномально высокой диссипации энергии тока на этом сопротивлении. Б токовом разряде в надкритических электрических полях происходит быстрый нагрев электронного компонента незамагниченной

4

плазмы с образованием высокоэнергетичных "хвостов" в раопреде-

>

лениях электронов и ионов по энергшш.

'*

3. В замагниченнрй плазме токового разряда рост напряженности электрического поля приводит (как и для незамагниченной шхаз-ш) в повышение ее сопротивления и увеличению эффективности диссипации энергии тока. Имеются две области электрических полей» в которых зависимости аномалии электропроводноети ох напряженности электрического поля различаются. Наличие аномалии электропроводности замагниченной плазмы позволяет осуществлять

ее турбулентный нагрев током с эффективностью более высокой, чем в режиме обычного омического нагрева.

4. В заиагниченной плазме токового разряда в стеллараторе с повышением электрического поля выше порогового значения процесс убегания электронов ограничивается. Дальнейшее увеличение электрического поля в плазме приводит в полному срыву ускорения электронов.

5. Возбуждаемые в плазме токового разряда дрейфовые колебания приводят в аномально высокому переносу частиц и тепла поперев магнитного поля в стеллараторе.Стабилизация этих колебаний широм и уменьшение това разряда в стеллараторе приводит в уменьшению аномалии переноса.

6. Наиболее сильным механизмом поражений первой стенки плазмой в стеллараторе является униполярное дугообразование, возникающее из-за наличия флуктуирующего электрического поля в . области контакта плазмы со стенкой. Локализация поражений стенки за счет указанного механизма и массоперенос эродированного при этом материала определяются особенностями магнитной конфигурации стелларатора. Процесс дугообразования и, соответственно,

погон металлических приносей в плазму существенно подавляется подборой покрытия первой стенки, что обеспечивает реализацию разрядов в стеддараторных системах; без деградации параметров плазмы во времени.

Научная и практическая ценность работы. .

В диссертации впервые исследованы проявления коллективных свойств токонесущей плазмы в тороидальных магнитных ловушках: К ним относятся:

- экспериментальное обнаружение предела газокинетического давления плазмы по равновесию в стеллараторе;

- открытие и исследование явления турбулентного нагрева и аномального сопротивления плазш в слабом магнитном поде;

- экспериментальное обнаружение и изучение эффекта аномалии сопротивления замагниченной плазш;

- экспериментальная демонстрация возможноети использования токового турбулентного нагрева для получения высокотемпературной плагмы в стеллараторе;

- открытие н исследование явления ограничения и срыва ускорения электронов замагниченной плазш в сильных электрических полях;

- экспериментальное установление связи аномалии переноса токонесущей плазш в стеллараторе с развитием дрейфовой неустойчивости;

- экспериментальная демонстрация уменьшения переноса плазш поперек магнитного поля -в стеллараторе при уменьшении тока омического нагрева;

- экспериментальное установление связи локализации поражений пергой стенки стелларатора плазмой с особенностями его

магнитной конфигурации.

6

В целом в диссертационной работе проведены исследования основных физических процессов, с которыми приходится сталкиваться при использовании токовогос. нагрева плазмы в замкнутых магнитных ловушках. Ряд полученных результатов носит.-, универсальный характер. Некоторые из них оказались полезными для понимания физических процессов, происходящих в магнитосфере Землп л в космическом пространстве, в обжимаемых лазерный излучением п электронными пучками оболочках,в плазменных генераторах излучений и т.д.

Результаты проведенных в диссертации исследований и выводы получили подтверждение в ряде последующих экспериментов, выполненных как в СССР, так и за рубежом, а так ге стимулировали ряд теоретических исследований.

Полученные в диссертации результаты могут быть использованы в дальнейших экспериментах по магнитному и инерциальному синтезу.

Апробация результатов работы. Все основные результаты диссертации докладывались на конференциях МАГАТЭ и Европейских конференциях по физике плазмы и УТС {Новосибирск, 1968 г.; Мэдисон, 1971 г.; Лозанна, 1975 г ; Прага, 1977 г. ; Оксфорд, 1979 г.; Аахен, 1983 г.; Киото, 1986 г.; Ницца, 1988 г.), на Международной конференции по удержанию плазмы в замкнутых системах (Дубна, 1969 г.), на 3-ем Международном симпозиуме по тороидальному удержанию плазмы (Гархинг, 1973 г.), на 3-ей Международной стел-лараторной рабочей группе (Москва, 1981 г.), на Международной конференции по физике плазш (Киев, 1987 г.), на Всесоюзных конференциях по инженерным проблемам термоядерных реакторов (Ленинград, 1977, 1981, 1985 гг.), на Всесоюзных конференциях ■по физике горячей плазмы и УЗЕ (Звенигород, 1975-1989 гг.)

опубликованы в периодической научной печати, монографиях "Коллективные явления в токонесущей плазме" и "Стелларатор" и открытии "Явление турбулентного нагрева и аномального сопротивления плазмы" (Диплом № 112).

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав основного текста и заключения - всего 242 страницы машинописного текста, в гом числе 98 рисунков. Библиография включает 200 наименований.

2. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении изложены соображения о возможности создания термоядерного реактора на база стеллараторных систем, определены наиболее лажные задачи исследований по стеллараторному направленна, обоснована актуальность теш диссертационной работы, кратко изложено содержание диссертации, а также сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дано описание экспериментальных установок - стеллараторов "Ciриус" и "Ураган" и торсатрона "Винт-20У на которых получены основные результаты. Рассмотрены три схемы нагрева, позволившие создавать токовые разряды при напряжены остях электрических полей в плазме от 0,01 до 20 В/си, Приведено краткое описание использованной диагностической аппаратуры.

На основе результатов экспериментальных исследований вакуумной магнитной конфигурации при помощи электронных пучков подучены основные характеристики магнитных систем использованных экспериментальных установок.

Обсуждены теоретические подходы к оценке равновесного газокинетического давления плазмы в стеллараторных системах.

8

Приведены экспериментальные результаты изучения равновесия плазмы в сгеллараторе "Сириус". В частности, на основе измерений скорости распада плазмы, ее энергосодержания и профилей распределения концентрации электронов по радиусу были разграничены, два режима работы. В первом из них энергосодержание плазмы возрастало с увеличением вкладываемой в разряд мощности, а время распада плотности было пропорционально напряженности магнитного поля. Распределение концентрации электронов по радиусу плазменного шнура было в этом случае симметричным относительно магнитной оси системы. Во втором случае величина j>> достигает насыщения, постоянная распада плотности не зависит от Вс , а распределение Vie(г) становится несимметричным - плазменный шнур расслаивается и сдвигается к наружной стенке вакуумной камеры примерно на половину его радиуса. Разграничение этих режимов на стеллараторе "Сириус" происходило при величине J> ~ £1,5* +3).1(Г\ которая находилась в хорошем соответствии (в пределах множителя 2 2) с теоретической оценкой J>e по сдвигу плазменного шнура на расстояние равное половине его радиуса.

В этой серии экспериментов было обнаружено также увеличение энергетического времени жизни плазмы с уменьшением тока омического нагрева.

Далее обсуждены вопросы искажения магнитной конфигурации ствлларагора большими токами в плазме. Измерения профиля концентрации плазмы на стеллараторе "Сириус", выполненные при малых плазменных токах ( I кА), показали, что он соответствует распределению I4W» И«(о)[Кч4Л с w =2*3. Аналогичные измерения при больших токах ( J = зн кА) обнаружили расслоение плазменного шнура - наблюдались три области с повышенной концентрацией вокруг магнитной оси стелларатора и такая же

9

область на самой оси. Расчеты с использованием измеренного распределения плотности тока ^Сг) позволили объяснить этот эффект как следствие образования розеточной структуры. Для стелларатора с малым углом вращательного преобразования токи, при которых образуется подобная структура, оказываются близкими к критическому току Шафранова-Крускала.

Во второй главе приведены результаты экспериментальных исследований аномалии электропроводности плазмы и ее токового турбулентного нагрева в стеллараторных системах. Во вводном параграфе кратко изложена история изучаемого вопроса. Далее описываются эксперименты, связанные с исследованием аномалии электропроводности незамагниченной плазмы. При измерениях электропроводности такой плазмы в зависимости от отношения приложенного электрического поля, £ , к критическому полю Драйсера, Ед>г * была прослежена вполне определенная ее эволюция. В области Е ^ 0,02 Е1г электропроводность плазмы растет с повышением электрического поля. Ые наблюдается различий в измерениях температуры плазмы по ее проводимости и диамагнитному эффекту и нагрев соответствует классическому омическому нагреву. При Е > 0,02 появляется аномалия электропроводности. Наблюдаются различия в измерениях температуры плазмы по проводимости и диамагнетизму. Плазма становится источником интенсивного микроволнового излучения. При Е > 0,2 зависимость 6 ( Е/е^ ) выходит на плато и электропроводность плазмы практически не изменяется вплоть до £ * (1,5*2) Е^ . Сохраняется разница в измеренных по проводимости и диамагнетизму величинах температуры и СВЧ активность плазмы. Появляется мягкое рентгеновское излучение. Токовая скорость электронов

ограничивается на уровне скорости ионного звука. Увеличение 10

Е > 1,5Е^ приводит еще к одному спаду 6 и появления жесткого рентгеновского излучения на начальной стадии разряда.

При изучении замагниченной плазмы было показано, что при повышении электрического поля в плазме скорость ее нагрева увеличивается при практически "заморозеннои" токе. Пря £ глО^Е^ температура плазш, определенная по диамагнитному эффекту, Тц , совпадает с вычисленной по проводимости, *Пу , при Е » 2.10"^ наблюдается различив, возрастающее с

увеличением Е/£1(.. Вместе с возрастанием Тв/Т^ увеличивается сопротивление плазменного шнура. Измерения величины тока, выполненные при фиксированных значениях пе и В0 в зависимости от напряжения на обходе стелларатора, показали, что с повышением Е он сначала растет, затем начинает убывать, а при дальнейшем увеличении электрического поля стремится к насыщению. Величина <3 падает с ростом £ и при Е > 0,2 В/см (5 ~ 1/Е . Скорость токового дрейфа электронов и. в области малых электрических полей быстро растет с увеличением Е , а при переходе к большим Е рост и ограничивается. При Е > Ер», величина токовой скорости в замаг-ниченной плазме стабилизируется на уровне ц « (10*15),

СЛАБЫ*.

т.е. на более высоком, чем в случае ^магнитных полей. Отношение проводимости, вычисленной по температуре плазш, полученной из диамагнитных измерений в предположении только парных кулоновских столкновений, к ее экспериментально измеренному значению, бСг/<э , прямо пропорционально Е /е^ , если £ > Ёз>г » ПРИ меньших значениях В наблюдается зависимость 6ст/б Е/Еэ, №.

Эксперименты на стеллараторе "Сириус" показали, что в за-магниченной плазме имеется возмокность быстрого нагрева элект-

ровного компонента плазмы с плотностью пе = tf.IO^+I.IO13) см током за времена At 100 мкс до температуры Тг = 0,5 кэВ при сравнительно малых напряженности электрического поля в плазме Е ~ I В/см.

Корпускулярные измерения показали, что энергетический спектр ионов в плазме токового турбулентного разряда состоит из двух компонентов: основной массы ионов со средней энергией значительно меньшей Тг и группы ионов со средней энергией порядка Те. . При постоянном Ве средняя энергия высоко-энергетичной части распределения ионов растет с увеличением ЕАзь и достигает насыщения при l/t^ 20. Увеличение В„ при const ведет к росту этой средней энергии. Обна-

ружено, что имеется слабая линейная зависимость средней скорости высокоэнергетичных ионов от величины скорости распространения ионного звука. С ростом Вс возрастает количество быстрых ионов и, соответственно, энергосодержание ионного компонента в "хвосте" функции распределения.

Далее обсуждаются результаты исследований ускорения электронов в плазме токового разряда. Показано, что в области малых Е < когда разряд можно описать классической формулой Спиг-цера, в нем наблюдается рост энергии и увеличение потока ускоренных электронов с увеличением Е в плазме. В области электрических полей 5.I0~2EJ(.< Е ^ Ю-1ЕЛ>. , где эффективная частота столкновений незначительно превосходит кудо-новскую, наблюдается ограничение процесса ускорения. Наконец, при электрических полях Е 3" EphJ когда эффективная частота намного превышает кулоновскую, был обнаружен эффект полного срыва процесса ускорения электронов. ■12

Большой интерес представляет вопрос об ограничении скорости токового дрейфа электронов в токонесущей плазме. При превышении порогового значения . Е токовая скорость электронов стабилизируется на уровне и в случае слабого магнитного

поля и Ц « (10+15) 1)*ь - в случае сильного. В последнем случае величина и/|7Те медленно нарастает с увеличением отношения циклотронной и ленгмюровской частот и/1Гт,

Третья глава посвящена анализу возможных механизмов аномалии электропроводности плазмы в тороидальном токовом разряде. Рассмотрены различные процессы и конкретные типы неустойчи-востей, которые могут привести к появлению аномалии в замкнутых магнитных ловушках. Сформулированы основные выводы экспериментальных исследований аномалии электропроводности плазмы и ее токового турбулентного нагрева. Указаны вопросы, которые необходимо выяснить для понимания физики изучаемых процессов. Далее приводятся результаты измерений спектров возбуждаемых в плазме колебаний, величины микрополей и относительного уровня ее турбулентных шумов. В спектре колебаний хорошо выделены две области частот. Верхняя из этих частот соответствует ионной плазменной частоте , нижняя изменяется в пределах 0,1 (¿)р1 * с£> € о,3 Сд)р1' . Относительный уровень шумов составляет величину от 3.10"^ до 2,5.10"^ в зависимости от параметров плазмы, что соответствовало напряженности микрополей в несколько киловольт на см. Обнаружено, что относительный уровень турбулентных шумов плазмы, пронормированный на ее электронную циклотронную частоту, пропорционален сопротивлению плазмы.

Перечисленные данные позволили сделать вывод об основной роли ионно-звуковой неустойчивости в развитии токового турбулент-

13

ного разряда. На основе этого вывода с привлечением модели изотропизации энергии ускоренных электронов удалось объяснить наблюдаемые экспериментально зависимости параметров плазмы от напряженносгей электрического и магнитного полей.

Далее описан эксперимент по обнаружению аномалии электропроводности плазмы токового разряда при электрических полях

Е ^ 10 Е^ , связанный с запиранием электронов в неодно-родностях магнитного поля тороидальной ловушки. Такая аномалия была обнаружена на торсатроне "Винт-20" с винтовой неоднородностью ^«О.бБ и достигала величины -8.

Обсуждены результаты экспериментальных исследований ограничения и срыва ускорения электронов в токовом турбулентном разряде. Показано, что с ростом коллективной частоты столкновений, » процесс ускорения изменяется. При Лг наблюдается рост интенсивности и энергии рентгеновского излучения с повышением электрического поля в плазме. При -)><г ~ поток и энергия ускоренных электронов ограничиваются, а когда ■^кса , процесс ускорения быстро подавляется с ростом -$|сОЛ .

В заключение главы обсуждены возможные механизмы генерации высокоэнергетичных ионов в плазме токового турбулентного разряда.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований переноса частиц и тепла плазмы токового разряда поперек магнитного поля в стеллараторе. Во вводном параграфе изложены предпосылки изучения коллективных процессов как возможного механизма аномально высоких потерь плазмы. Далее излагаются результаты исследований низкочастотных колебаний параметров плазмы в стеллараторе "Сириус". Показано, что амплитуды колебаний плавающего потенциала, плотности и элект-14

рического поля оказываются максимальными в области градиента плотности плазмы, а частота их~ТС//В0 . Определены моды колебаний и зависимость их азимутальной скорости распространения от параметров плазмы. Указанные данные в сочетании с измерениями взаимной корреляции вдоль и поперек В,, позволили идентифицировать наблюдаемые колебания как дрейфовые.

Исследования скорости распада плазмы токового разряда в зависимости от величин шира,5 ,и угла вращательного преобразования, -с , на стеллараторе "Ураган" показали, что аномалия потерь уменьшается с увеличением этих параметров магнитной конфигурации. В оптимальных условиях были достигнуты величины Ти - 30 Тв { Т6 - бомовское время распада), а зависимость Т„(в,,) изменялась с ростом < и 6 от линейной до квадратичной. Проведенные оценки позволили объяснить полученные результаты на основе модели дрейфово-диссипативной неустойчивости.

На стеллараторе "Сириус" были выполнены измерения скорости распада плазмы и ее флуктуационных потерь на стадии выключения тока омического разряда, которые показали, что с уменьшением тока флуктуационные потери плазмы падают, а наблюдаемая скорость потерь приближается к рассч::гаш;ои теоретически.

Таким образом было выяснено, что снижение тока в плазме и увеличение л. и 5 приводит к уменьшению аномалии переноса частиц, вызванной раскачкой дрейфозой неустойчивости.

Далее изложены результаты изучения термоизоляции плазмы токового разряда в стеллараторе. На установке "Ураган" было показано, что как параметры плазмы, так и энергетическое время ее жизни улучшаются с увеличением полортдального компонента магнитного поля ловушки.

На стеллараторе "Сириус" исследования термоизоляции плазш токового разряда, проведенные в широкой области изменения ее параметров, позволили установить, что в зависимости от соотношения между скоростью токового дрейфа электронов, продольной скоростью дрейфовой водны и скоростью ионного звука могут реализоваться два режима тепловых потерь.

Пятая глава посвящена изучению взаимодействия плазмы с поверхностью первой стенки в стеллараторе. Эта задача возникла в хвязи с разработками торсатронных ловушек с дивертором. .

Обнаружен и исследован один из наиболее сильных механизмов эрозии стенки плазмой - механизм униполярного дугообразо-вания. Показано, что возникновение униполярных дуг обязано наличию флуктуирующих электрических полей. Обнаружено, что локализация поранений стенки плазмой и массоперенос материала стенки в стеллараторе определяются его магнитной конфигурацией.

Сравнительные исследования дугообразования на различных материалах и покрытиях показали, что этот механизм эрозии можно сильно ослабить путем использования дугостойких покрытий. Применение в торсатроне "Ураган-3" ВЧ антенны с покрытием из нитрида титана позволило почти на два порядка снизить поток тяжелых примесей в плазму по сравнению со случаем использования антенны из нержавеющей стали. В результате■этого на торсатроне "Ураган-3" был получен квазистационарный режим работы при ВЧ нагреве плазмы без деградации ее параметров.

На установке "Викт-20" показано, что изменение тока в плазме в торсатронной ловушке приводит к перемещению дивертор-ного потока, что необходимо учитывать при разработке торсатронных систем с дивертором.

3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛМШ РАБОШ

1. Исследованы закономерности изменения переноса плазмы токового разряда при достижении предельной по равновесию величины jb-j!>E .

1.1. Показано, что при превышении f>-J>e происходит сдвиг плазменного шнура как целого к наружной стенке камеры, сопровождающийся перестройкой профиля плотности плазмы .

1.2. Показано, что при переходе через величину происходит изменение закономерностей удержания частиц и энергии плазмы токового разряда в стеллараторе. В частности, при

>J>e времена удержания частиц и энергии перестают зависеть от напряженности магнитного поля.

1.3. Показано, что при J><JSe время удержания энергии плазмы токового разряда в стеллараторе растет с увеличением ее плотности.

1.4. При J><J>е время удержания энергии плазмы токового разряда в стеллараторе возрастает при выключении плазменного тока.

2. Обнаружен и объяснен эффект расслоения плазменного шнура при больших плазменных токах в стеллараторе.

2.1. Показано, что в трехзаходном стеллараторе с малым широм при увеличении плазменного тока до величины порядка тока Шафранова-Крускада происходит перестройка профиля распределения 1%(г) - образуются три области с повышенной концентрацией плазмы на периферии шнура и аналогичная область на магнитной оси системы.

2.2. Показано, что такая перестройка - следствие искажения магнитной конфигурации стелларатора полем тока плазмы.

17

3. Открыто явление аномального сопротивления и турбулентного нагрева плазмы,

3.1. Показано, что при превышении критической плотности тока или критической величины напряженности электрического поля в незамагниченной плазме ее сопротивление становится аномально большим.

3.2. Показано, что скорость токового дрейфа электронов незамагниченной плазмы в режиме аномального сопротивления ограничивается на уровне Ы^яТа 3

3.3. Показано, что появление аномалии сопротивления незамагниченной плазмы связано с возбуждением в ней ионно-звуковой неустойчивости током.

4. Подучена электронно-горячая плазма в стеллараторе методом ее токового турбулентного нагрева.

4.1. Показано, что при электрических полях в плазме

Е > 2.Ю-2 Е^ , при которых ее сопротивление становится аномальным, наблюдается более эффективная, чем в режиме классического сопротивления, передача энергии тока электронам плазмы.

4.2. Обнаружено, что функция распределения электронов плазмы токового разряда в режиме ее турбулентного нагрева искажена и имеет высокоэнергетичный "хвост" с энергией (5*10) кэВ при средней энергии электронов плазмы масштаба 0,5 кэВ.

5. Обнаружена и исследована аномалия сопротивления токонесущей плазмы в сильном магнитном поле.

5.1. Показано, что при электрических полях Е » 2.10-2Ед|Г сопротивление плазмы в сильном магнитном поле (как и в случае незамагниченной плазмы) становится аномальным.

5.2. Показано, что уровень стабилизации скорости токового дрейфа электронов в турбулентной замагниченной плазме на порядок выше, чей в незамагниченной и составляет u« (I0tI5)tf* .

5.3. Обнаружено, что в зависимости от величины отношения Е/Е^ различаются два режима аномалии сопротивления замагниченной плазмы.

5.4. Показано, что в стеллараторе можно реализовать режим турбулентного нагрева для получения электронно-горячей замагниченной плазмы.

6. Обнаружено и изучено явление ограничения и срыва ускорения электронов замагниченной плазмы в сильных электрических полях.

6.1. Показано, что при малых электрических полях Е < 2.10"^Ejr в замагниченной плазме, когда частота парных кудоновских столкновений выше частоты коллективных, "^ст I электроны из высокоэнергетичной части функции распределения свободно ускоряются электрическим полем.

6.2. В области электрических полей 2.10"^Ер,.■<

когда "^ст - ^коа , в замагниченной плазме наблюдается ограничение ускорения электронов, которое может быть объяснено развитием веерной неустойчивости.

6.3. В области IO^Ejv. ^ Е ^ Е^., когда $кал>%т > в замагниченной .плазме по мере роста электрического поля наблюдается подавление процесса ускорения электронов и,наконец, при Е>Е> -его полный срыв.

7. Идентифицирована и изучена дрейфовая неустойчивость токонесущей плазмы как причина повышенных потерь частиц' и энергии в стеллараторе.

7.1. Показано, что наблюдаемые скорости потерь токонесущей плазмы в стеллараторе можно объяснить ее переносом из-за флуктуадий плотности и электрического поля, вызываемых дрейфовой неустойчивостью.

7.2. Стабилизация дрейфовой неустойчивости шроы и ез затухание при выключении разрядного тока приводят к улучшению удержания плазмы в стеллараторе.

7.3. Показано, что пропорциональность скорости токового дрейфа электронов продольной скорости распространения дрейфовой волны приводит к режиму псевдоклассических потерь энергии' по электронному каналу в стеллараторе.

8. Обнаружен и исследован один из наиболее сильных механизмов эрозии стенки плазмой в стеллараторе.

8.1. Показано, что наиболее сильным механизмом эрозии стенки камеры и поступления тяжелых примесей в стеллараторе является процесс дугообразования.

8.2. Показано, что локализация поражений стенки камеры плазмой и массоперенос материала стенки определяются магнитной конфигурацией стелларатора.

8.3. Показано, что процесс дугообразования в стеллараторе можно подавить путем использования дугостойких покрытий на его энергонапряженных уздах.

Основные научные результаты изложены в следующих работах:

1. Бурченко П.Я., Василенко Б.Т., Волков Е.Д., Потапенко В.А., Толок В.Т. Электропроводность плазмы омического разряда в стеллараторе "Сириус"// Атомная энергия,-1969, т.27,

вып. 2, с. 164-165.

2. Бурченко П.Я., Василенко Б.Т., Волков Е.Д., Павличенко О.С., 20

Потапенко В.А., Рудаков В.А., Терещенко Ф.Ф., Толок В.Т., Залкинд В.М., Зыков В.Г., Карпухин В.И., Руднев И.И. Турбулентная плазма в стеллараторе; масс-энергетические исследования плазмы, захваченной в апертуру дивертора при инжек-ции через магнитную щель// Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Hcaearch. IAEA., Vienna, 1969, v."!,p.543-560.

3. Бурченко П.Я., Василенко Б.Т., Волков Е.Д., Павличенко О.С., Потапенко В.А., Рудаков В.А., Терещенко ф.ф., Толок В.Т.

О механизме потерь плазмы в стеллараторе// Атомная энергия, 1970, т.28, вып. 2, с. 126-129.

4. Вишневецкий В.Н., Волков Е.Д., Дикий А.Г., Залкинд В.М., Конотоп П.И., Моисеев С.С., Павличенко О.С., Супруненко В.А.» Тарасенко В.П., Терещенко Ф.Ф., Толок В.Т., Тонкопряд В.М. Термоизоляция и удержание плазмы омического нагрева в стеллараторе "Ураган" с большим широм// ЯТ®, 1970, т.40, вып. 8, с. I6I5-I6I7.

5. Бурченко П.Я., Василенко Б.Т., Волков Е.Д., Николаев P.M., Рудаков В.А., Толок В.Т. Равновесие и термоизоляция плазмы в стеддарагоре с малым широм// УФЕ, 1970, т.15, вып. II, с. 1842-1845.

6. Бурченко П.Я., Волков Е.Д., Рудаков В.А. Аномалия сопротивления и токовый нагрев замагниченной плазмы в стеллараторе// ЖТФ, 1971, т.41, вып. 2, с.428-430.

7. Бурченко П.Я., Василенко Б.Т., Волков Е.Д., Потапенко В.А., Рудаков В.А. О механизме аномалии сопротивления при малых электрических полях// Сб.!физика плазмы и проблемы УТС" Изд. АН УССР, К., 1971, т.1, с.194-197.

8. Бурченко П.Я., Василенко Б.Т., Волков Е.Д., Павличенко О.С., Потапенко В.А., Рудаков В.Л., Терещенко Ф.Ф. Низкочастотные колебания плазмы в стеллараторе// Таи Ее, с* 33-47.

9. Бурченко П.Я., Волков Е.Д., Рудаков В.А., Сизоненко В.Д., Степанов К.Н. Электропроводность е токовый нагрев плазмы в сильном магнитном поле//Р1аята Physics and Controlled Nuclear Fusion Research. IAEA., Vienna, 1971, v. 3,p.119-130.

10. Вишневецкий B.H., Волков Е.Д., Дикий А.Г., Залкинд В.Ы., Контоп П.И., Моисеев С.С., Павличенко О.С., Супруненко В.А., Толок В.®., Терещенко Ф.Ф., Тонкопряд В.Ы., Тарасенко В.П. Удержание плазмы омического нагрева в стеллараторе "Ураган" с большим широм// УФЕ, 1971, т.1б, вып. 5, C.75I-75S.

11. Вишневецкий В.Н., Войтенко Д.О., Волков Е.Д., Залкинд В.Ы., Конотоп П.И., Моисеев С.С., Павличенко О.С., Супруненко В.А., Толок В.Т., Терещенко Ф.Ф., Тонкопряд В.М., Тарасенко В#П. Энергетические потери плазмы в стеллараторе "Ураган" с большим широм // УФЖ, 1971, т.16, вып. 8, с. 1320-1325.

12. Бурченко П.Я., Волков Е.Д., Манзюк Н.А., Супруненко В.А., Сухомлин Е.А. Токовый турбулентный нагрев плазмы в магнитном поле// ЮФ, 1972, т. 42, вып. 7, с.1540-1541.

13. Бабыкин Ы.В., Волков Е.Д., Гаврин П.П., Демидов Б.А., Завойский Е.К., Рудаков Л.И., Скорюпин В.А., Супруненко В.А., Сухомлин Е.А., Файнберг Я.Б., Фанченко С.Д. Явление турбулентного нагрева и аномального сопротивления плазмы// Открытия. Изобретения. Пром.образцы. Товарные знаки. 1972,

№ 32, с. 3 (Диплом на открытие te 112).

14. Барков А.П., Бурченко П.Я., Волков Е.Д., Рудаков В.А., Терещенко Ф.Ф. О природе аномалии электропроводности замаг-ниченной плазмы// ЖТФ, 1973, т.43, вып. б, с.1170-1173.

22

15. Волков Е.Д., Себко B.H., Тюпа В.И. Сгруктура магнитного • поля стелларатора при наличии токонесущей плазмы// 1973, т.43, вып. 5, с. 967-97I.

16. Барков 1.П., Бурченко П.Я., Волков Е.Д., Куцын А.А., ■ ■ Ыазниченко Ы.Е., Павличенко О.С., Рубцов К.С., Супрунен-

ко В.А., Сухомлин Е.А. Аномалия электропроводности плазга в магнитном поле// 3-й Международный симпозиум по тороидальному удержанию плазмы. Гархинг, 1973, доклад E-I8.

17. Барков А.П., Бурченко П.Я., Волков Е.Д., Куцын А.А., Иаэниченко U.E., Павличенко О.С., Рубцов К.С. Турбулентные шумы токонесущей плазш в стеллараторе// ВАНТ. Серия: Физика плазмы и проблемы УТС." 1974, вып. 1(2), с.60-64.

18. Бурченко П.Я., Волков Е.Д., Лацько E.LI., Рудаков В.А. Диффузия плазмы послесвечения токового разряда в стедлара-торе// Там же, с. 57-59.

19. Volkov B.C., Lataко Е.М., Hubtsov К.З., Uudokov V.A., Heating and thermal isolation of current discharge plasma

■f ъ

in a closed magnetig trap// 7 Eur. Conf. on Controlled Fusion and Plasma Phys. Lausanne, 1975, v.1, p.117.

20. Suprunenko V.A., Sukhonlin E.A., Volkov E.D., Perepelkin U.P. Turbulent current heating of a dense р1ааиа//3Г<^ Intern, meeting on theoretical and experimental aspects

of heating of toroidal plasmas. Grenoble, 1976, т.2,p.407- 10

21. Войценя B.C., Волков Е.Д., Волошко А.Ю., Рудаков В.А. Стабилизация дрейфовых колебаний и их влияние на плазменные потери//Препринг ХФТЯ 76-34, Харьков, 1976, 60 с.

22. Барков А.П., Бурченко П.Я., Волков Е.Д., Коновалов В.Г., Коновалов И.И., Ранюк А.И., Рубцоз К.С., Рудаков В.А., Славный А.С. Некоторые особенности генерации высокоэнерге-

тичных ионов в токовой турбулентном разряде//Физика плазмы, 1976, S.2, вып. 6, C.IOI3-IOI7.

23. Bocharov V,E., Brezhny V.I., Volkov E.D., Kravohln B.7., Konovalov V.G., Kononenko V.I., Rudakov V.A., Sukhomlon E.A., Supronenko V.A., Ternopol A.1I. Experimental investigations of current discharge plasma confinement in a torsatron in the region of low-frequency collisions// 8thBur. Conf. on Controlled fusion and Plasma Phys. prague, 1977, v. T.I, p. 125,

24. Bocharov V.K., Burchenko P.Ya., Voitsenja V.S., Volkov E.D., Voloshko A. Yu.,Ealinichenko S.S., Rubtsov K.S., Solodov-chenko S.I., Shvets O.M., Stan' A.?. the effeot of stochastic electric fields on transport of low-collision frequency-plasma In torsatron with a high helical inhomogeneity// 9th2ur. Conf. on Controlled fusion and Plasma Phys., Oxford, 1979. p. 84.

25. Blank A.B., Voiteenja V.S., Volkov E.D., Qrlbanov Yu.A., DikiJ A.G. , Zolotovitskaya Bh.S., Xatsko Б.М., Rubalko V.P., Samoilov V.P., Solodovchenko S.I. Plasma-wall interaction stu study in Kharkov stellarators // Ibid., p. 86.

26. Волков Е.Д., Перепелкин Н.Ф., Супруненко B.A., Сухомлин Е.Д., Коллективные явления в токонесущей плазме// Наукова думка, К., 1979, 186 с.

27. Алексин В.»., Волков Е.Д., Себко В.П., Топа В.И. Магнитные поверхности тороидального стедларатора при наличии токонесущей плазмы и корректирующего магнитного поля // УФЖ, 1980, 1.25, вып. 9, с. 1533-1537.

28- Бочаров В.К., Бурченко П.Я., Волков Е.Д., Рубцов К.С.

Исследование электропроводности и генерации быстрых частиц

в замагниченной плазме тороидального токового разряда// 24

Препринт ХФТИ 80-25, Харьков, 1980, 30 с.

29. Быков В.Е., Волков Е.Д., Ееоргиевский A.B., Рудаков В.А., Супруненко В.А. Выбор физических параметров реактора-торсатрона jj ВАНТ. Серия: Термоядерный синтез, 1980, вып. 2(6), с. 21-28.

30. Волков Е.Д., Рудаков В.А., Супруненко В.А. Оптимизация сценария поджига в реакторе-торсатроне//Доклады П-й Всесоюз. конферен.по инж. проблемам термоядер.реакторов. Ленинград, 1981, т.1, с. 475-^:0.

31. Волков Е.Д., Георгиевский A.B., Дикий А.Г., Логинов A.C., Супруненко В.А., Толок В.Т., Швец О.М., Юферов В.Б. Основные физические задачи установки "Ураган-ЗпЦ Препринт ХФТИ 81-45, Харьков, 1981, 28 с.

32. Burchenko Р.Ya., Voitsenya V.S., Volkov E.D., Gribanor Yu.A., Dikii A.G., Samoilov V.P., Solodovchenko S.I. The erosion

of vacuum chamber walls by unipolar arcs in atellaratora// 3rästellarator workshop. Moscow, 1981, v. 1, p.68-75.

33. Bykov V.E., Volkov E.D., Georgievskij A.V., Rudakov 7.A., Suprunenko V.A., Tolok V.T. Reactor aspects of a torsatron /, Ibid, p.162-165.

34. Волков Е.Д., Супруненко В.А., Шишкин A.A. Стелларатор// Наукова думка, К., 1983, 312 с.

35. Волков Е.Д., Юферов В.Б. Проблемы примесей и взаимодействия плазма-стенка в разработке концепционного проекта ТЯР на основе торсатрона // ВАНТ. Серия: физика радиац. поврежд. и радиац. материаловедение. 1983, вып. 2(25), с.68-77.

36. Волков Е.Д., Георгиевский ¿.В., Толок В.Т., Шишкин A.A. О некоторых физических и инженерных предпосылках термоядерного реактора-стелларатора// ВАНТ. Серия: Термоядерный синтез, 1984, вып. 2(15), с. 3-II.

37. Волков Е.Д., Перепелкин Н.Ф., Супруненко В.А., Арсень-ев A.B., Бурченко П.й., Васильев М.П., Коцубанов В.Д., Кулага А.Е., Рубцов К.С., Славный A.C. Убегающие электроны и турбулентность плазмы с током в стеллараторе// физика плазмы, 1984, т. 10, вып. 4, с.705-714.

38. Бочаров В.К., Волков Е.Д., Леаняков Г.Г., Юферов В.Б. Плазменные потоки в диверторных областях однозаходного торсатрона "Винт-20"// Физика плазмы, 1985, т. II, вып,4, с. 500-504.

39. Burchenko Р.Ya., Voitsenya V.S., Volkov E.D., Gribanov Yu.A., Dikij A.G., Kolot V. Ya., Rybalko V.P., Samoilov V.P., Solodovcheiiko S.I., Voloshko A.Yu. Discharge chamber wall er erosion and mass transfer in the Uragan-2 stellarator// Journal of Huclear Materials, 1985, v.136, p.258-262.

40. Volkov E.D., Perepelkin N.ï1., Suprunenko V.A,, Sukhomlin E.A. Collective phenomena in current-carrying plasmas// Gordon and Breach Science Publishers, 1985, 247 p.

41. Волков Е.Д., Волков Я.Ф., Дятлов В.Г., Ильенко Б.П., Колот В.Я., Коновалов В.Г., Ломино Н.С., Назаров Н.И., Павличенко О.С., Полякова Г.Н., Ремез Л.Н., Рубцов К.С., Шаповал А.Н., Швец Ü.M. Исследование эрозионной стойкости покрытий из нитрида титана и возможностей их использования для энергонапряженных узлов термоядерных установок// Физика плазмы, 1987, т.13, вып. 10, с.1256-1261.