Детальная информация

Название: Моделирование распространения СВЧ волн в двумерно-неоднородной плазме токамака с помощью численных кодов, основанных на решении волнового уравнения: выпускная квалификационная работа бакалавра: направление 03.03.02 «Физика» ; образовательная программа 03.03.02_05 «Физика космических и плазменных явлений»
Авторы: Нечаев Сергей Анатольевич
Научный руководитель: Веселова Ирина Юрьевна
Другие авторы: Веселова Ирина Юрьевна; Ирзак Михаил Александрович
Организация: Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. Институт физики, нанотехнологий и телекоммуникаций
Выходные сведения: Санкт-Петербург, 2021
Коллекция: Выпускные квалификационные работы; Общая коллекция
Тематика: численное моделирование; волны в плазме; полноволновой численный код; волновое уравнение; геликоны; сферический токамак Глобус-М2; токамак Т15-МД; helicons; numerical modeling; full wave code; waves in plasma; wave equation; spherical tokamak Globys-M2; tokamak T15-MD
Тип документа: Выпускная квалификационная работа бакалавра
Тип файла: PDF
Язык: Русский
Код специальности ФГОС: 03.03.02
Группа специальностей ФГОС: 030000 - Физика и астрономия
Ссылки: Отзыв руководителя; Отчет о проверке на объем и корректность внешних заимствований
DOI: 10.18720/SPBPU/3/2021/vr/vr21-3740
Права доступа: Доступ по паролю из сети Интернет (чтение, печать, копирование)
Дополнительно: Новинка

Разрешенные действия:

Действие 'Прочитать' будет доступно, если вы выполните вход в систему или будете работать с сайтом на компьютере в другой сети Действие 'Загрузить' будет доступно, если вы выполните вход в систему или будете работать с сайтом на компьютере в другой сети

Группа: Анонимные пользователи

Сеть: Интернет

Аннотация

Данная работа посвящена исследованию распространения и поглощения быстрых магнитозвуковых волн промежуточного частотного диапазона (геликонов) в плазме токамака с помощью численных кодов. Задачи, которые решались в ходе исследования: 1. Расчет однопроходного поглощения геликонов в одномерно-неоднородной плазме с параметрами, соответствующими экваториальному сечению токамака Глобус-М2, с помощью геометрико-оптического кода WKBplt и одномерного полноволнового кода zimfld. 2. Оценка мощности, поглощенной в нижнегибридном (НГ) резонансе на периферии одномерно-неоднородной плазмы токамака Глобус-М2 с помощью геометрико-оптического кода WKBplt и одномерного полноволнового кода zimfld. 3. Моделирование распространения геликонов в реальной двумерно-неоднородной плазме токамаков Т15-МД и Глобус-М2 с помощью полноволнового кода WaveTOP2D. В ходе работы с помощью численных кодов были проведены расчеты, показывающие, как изменяется однопроходное поглощение геликонов и поглощение в нижнегибридном резонансе в зависимости от параметров одномерно-неоднородной плазмы на периферии токамака Глобус-М2. Также было проведено моделирование распространения геликонов в двумерно-неоднородной плазме токамаков Глобус-М2 и Т15-МД, демонстрирующе пространственное распределение компонент электрического поля волны и локально поглощенной ВЧ мощности в плоскости полоидального сечения. В результате работы было обнаружено, что наилучшего однопроходного поглощения геликонов можно достичь, увеличивая плотность и электронную температуру в центре плазменного шнура, уменьшая вакуумное тороидальное магнитное поле на оси, а также увеличивая частоту генератора. Подобная тенденция в поведении однопроходного поглощения согласуется с теоретической формулой для мнимой части поперечной к магнитному полю компоненты волнового вектора. В частности, для одномерно-неоднородной плазмы с параметрами, соответствующими экваториальному сечению токамака Глобус-М2, было получено, что практически стопроцентного поглощения ВЧ мощности можно добиться при плотности 6⋅10^13 см^(-3), электронной температуре 2 кэВ, тороидальном магнитном поле на оси 8 кГс и частоте генератора 200 МГц. Также было получено, что наименьшего поглощения ВЧ мощности в нижнегибридном резонансе при базовых параметрах плазмы, использованных в работе, можно достичь при токе 500 кА. При увеличении же тороидального магнитного поля с 7 кГс до 10 кГс для тока -500 кА наблюдалось уменьшение поглощения в НГ резонансе с 21% до 12.5%. С изменением же магнитного поля в данных пределах при токе +500 кА поглощение было мало и составляло доли процента. С ростом плотности плазмы на границе при токе 500 кА наблюдался рост поглощения вплоть до 10% при плотности на границе 2⋅10^12 см^(-3), а в случае тока -500 кА наблюдалось уменьшение поглощения с 18% и до 10% при плотности на границе 3⋅10^12 см^(-3). Также наблюдался заметный рост поглощения при достаточно больших тороидальных замедлениях. Моделирование же распространения геликонов в реальной двумерно-неоднородной плазме токамаков Т15-МД и Глобус-М2 показало, что при выбранных в расчетах параметрах геликоны на токамаке Т15-МД поглощаются полностью практически за один проход, а в случае токамака Глобус-М2 полного поглощения за один проход не происходит, из-за чего волна многократно отражается от отсечек, конус распространения геликона размывается и иногда становится практически неразличим.

The present work is devoted to the study of the propagation and absorption of fast magnetosonic waves in the intermediate frequency range (helicons) in a tokamak plasma using numerical codes. The research sets the following goals: 1. Calculation of single-pass power absorption of helicons in a one-dimensional inhomogeneous plasma with parameters close to those of the Globus-M2 tokamak equatorial plane using the geometric-optical code WKBplt and the one-dimensional full wave code zimfld. 2. Estimation of the power absorbed in the lower hybrid (LH) resonance at the periphery of the one-dimensional inhomogeneous plasma of the Globus-M2 tokamak using the geometric-optical code WKBplt and the one-dimensional full wave code zimfld. 3. Modeling the propagation of helicons in a two-dimensionally inhomogeneous plasma of the T15-MD and Globus-M2 tokamaks using the WaveTOP2D full wave code. In the course of the work, using numerical codes, calculations were performed showing how the single-pass absorption of helicons and absorption in the lower hybrid resonance change depending on the parameters of the one-dimensional inhomogeneous plasma of the Globus-M2 tokamak. A simulation of the propagation of helicons in a two-dimensionally inhomogeneous plasma of the Globus-M2 and T15-MD tokamaks was carried out, which demonstrates the spatial distribution of the components of the wave electric fields and the locally absorbed HF power in the poloidal cross-section. As a result of the work, it was found that the best single-pass absorption of helicons can be achieved by increasing the density and electron temperature at the center of the plasma, decreasing the vacuum toroidal magnetic field on the axis, and also increasing the generator frequency. This tendency in the behavior of single-pass absorption is consistent with the theoretical formula for the imaginary part of the wave vector component transverse to the magnetic field. In particular, for a one-dimensional inhomogeneous plasma of the Globus-M2 tokamak, it was found that almost one hundred percent absorption of RF power can be achieved at a density of 6⋅10^13 cm^(-3), an electron temperature of 2 keV, a toroidal magnetic field on the axis of 8 kG and a generator frequency of 200 MHz. It was also found that the lowest absorption of RF power in the lower hybrid resonance with the basic plasma parameters used in this work can be achieved at a current of 500 kA. With an increase in the toroidal magnetic field from 7 kG to 10 kG for a current of -500 kA, a decrease in absorption in the LH resonance from 21% to 12.5% was observed. With a change in the magnetic field within these limits at a current of +500 kA, the absorption was small and amounted to fractions of one percent. With an increase in the plasma density at the boundary at a current of 500 kA, an increase in absorption was observed up to 10% at a density at the boundary of 2⋅10^12 cm^(-3), and in the case of a current of -500 kA, a decrease in absorption was observed from 18% to 10% at a density at the boundary of 3⋅10^12 cm^(-3). A noticeable increase in absorption was also observed at sufficiently large toroidal wavenumbers. Modeling the propagation of helicons in a two-dimensionally inhomogeneous plasma of the T15-MD and Globus-M2 tokamaks showed that, with the parameters chosen in the calculations, the helicons on the T15-MD tokamak are almost completely absorbed in one pass, and in the case of the Globus-M2 tokamak, the complete absorption in one pass does not occur, due to which the wave experience multiple reflections from the cutoffs and the cone of propagation of the helicon becomes smeared and sometimes practically indistinguishable.

Права на использование объекта хранения

Место доступа Группа пользователей Действие
Локальная сеть ИБК СПбПУ Все Прочитать Печать Загрузить
Интернет Авторизованные пользователи СПбПУ Прочитать Печать Загрузить
Интернет Авторизованные пользователи (не СПбПУ)
-> Интернет Анонимные пользователи

Статистика использования

stat Количество обращений: 5
За последние 30 дней: 3
Подробная статистика