Исследование МГД-активности плазмы в установке ГОЛ-3 (отдельные моменты) Докладчик: А. В. Судников А. В. Судников. Семинар плазменных лабораторий. 2012.12.04. - презентация

1 Исследование МГД-активности плазмы в установке ГОЛ-3 (отдельные моменты) Докладчик: А. В. Судников А. В. Судников. Семинар плазменных лабораторий

2 Система диагностики МГД-явлений в плазме ГОЛ-3. Математические методы обработки магнитных измерений Обзор получаемых экспериментальных сигналов Зависимости параметров вращения в скрещенных полях Сигналы в области ионно-циклотронной частоты Продольные корреляции возмущений Заключение План выступления А. В. Судников. Семинар плазменных лабораторий

3 В работе применялась система диагностики азимутальной компоненты магнитного поля («зондов Мирнова»), использовалась одна 16-канальная сборка, до трёх 2- канальных и до трёх одноканальных. Штриховой линией обозначены компактные (одно- и двухканальные) зонды, двойной 16-канальная измерительная система. Красным выделены зонды, использовавшиеся в экспериментах с длинноимпульсным электронным пучком. Схема применяемых диагностик А. В. Судников. Семинар плазменных лабораторий

4 Математические методы обработки данных При восстановлении экспериментальные сигналы после фильтрации шумов раскладываются по набору ортогональных азимутальных гармоник. Используемые алгоритмы обработки экспериментального сигнала эквивалентны представлению возмущений тока, приводящих к возмущениям азимутального магнитного поля, в виде деформаций тока, сконцентрированного на границе горячей области плазмы. В дальнейшем различными методами анализируется указанное представление. Примеры сечения эквивалентного тока для различных комбинаций азимутальных мод (расчёт) А. В. Судников. Семинар плазменных лабораторий

5 Общий вид экспериментальных сигналов А. В. Судников. Семинар плазменных лабораторий Типичный для экспериментов по инжекции сильноточного длинноимпульсного электронного пучка в нейтральный газ вид сигналов двух каналов многоканального датчика азимутального магнитного поля, отстоящих на 180º в сравнении с током и ускоряющей разностью потенциалов.

6 Режимы с высокой ассиметрией А. В. Судников. Семинар плазменных лабораторий В режимах с высокой ассиметрией протекания токов амплитуда всех мод возмущения возрастает линейно после начала инжекции; наибольшая скорость роста, и, следовательно, наибольшая амплитуда в начальный период времени наблюдается у второй пространственной гармоники. Насыщение высоких пространственных гармоник наступает в ~2 мкс. Первая мода растёт линейно в течение 6–10 мкс.

7 Режимы со слабой асимметрией А. В. Судников. Семинар плазменных лабораторий В отдельных режимах возмущения на первой азимутальной гармонике проявляются слабо. По окончании линейного роста (~2 мкс) амплитуды высоких мод спадают до незначительного уровня. Причины уточняются.

8 Time, μs Acceleratingvoltage, kVPhase, rad Вращение первой азимутальной моды А. В. Судников. Семинар плазменных лабораторий Зависимость угловой скорости вращения от режима работы имеет вид: Характер зависимости от магнитного поля не позволяет предположить альфвеновскую природу данного явления.

9 Для R = 1 см, B z = 1 Тл, ω = 2π × 1 МГц получаем E ~ 60 В/см, q ~ 3.5× Кл/см, что при токе пучка 50 А составляет 7% от его пространственного заряда. Вращение в скрещенных полях моды А. В. Судников. Семинар плазменных лабораторий Порядок величины поля: В случае если электрическое поле создаётся зарядом, сосредоточенным на оси установки (данный случай соответствует вращению токового слоя, внешнего по отношению к нескомпенсированному заряду) Для электрического поля заряда, равномерно распределённого по сечению пучка (что отвечает вращению токового слоя, находящегося внутри области с равномерно распределённым нескомпенсированным пространственным зарядом) В промежуточных ситуациях показатель степени лежит в пределах от 0 до –1.

10 Возмущения в районе ионно-циклотронной частоты А. В. Судников. Семинар плазменных лабораторий При более высоком ведущем магнитном поле циклотронная частота лежит выше, чем можно зарегистрировать с помощью имеющейся системы диагностики. Сигнал в области ω B f = 4.5 МГц ω B / 2π = 4.2 МГц Полный сигнал (на примере PL11461) Среднее ведущее поле 0.22 Т

11 Продольные корреляции сигналов. Скорость распространения возмущений А. В. Судников. Семинар плазменных лабораторий Определялся коэффициент корреляции отрезков сигналов длительностью 10÷20 периодов вращения, смещённых друг относительно друга по времени. Из временного сдвига, соответствующего максимальному коэффициенту корреляции, определялась скорость распространения возмущений. Наблюдаемое характерное значение v ~ 10 7 см/с хорошо согласуется с ионно- звуковой скоростью, если температура электронной компоненты не превышает T e ~ 100 eV.

12 Заключение А. В. Судников. Семинар плазменных лабораторий Диагностированы возмущения токов в плазме при инжекции длинноимпульсного электронного пучка, рассмотрена их модовая структура. Насыщение высоких мод возмущений наступает в ~2 мкс после начала инжекции. Насыщение первой моды может (однако не во всех режимах) наступать позже. Показана зависимость угловой скорости вращения от величины ведущего магнитного поля. Зависимость может быть объяснена E×B дрейфом. Возмущения в области ионно-циклотронной частоты присутствуют, но имеют амплитуду, на порядок меньшую общей амплитуды возмущений. Отличие частоты возмущений от ионно-циклотронной невелико. Возмущения вдоль плазменного шнура распространяются со скоростью, близкой к ионно-звуковой скорости для T e ~ 100 эВ.

13 Восстановление возмущений магнитного поля по исходным сигналам А. В. Судников. Семинар плазменных лабораторий Исходный сигнал Восстановленный сигнал РЭП