Details

Данная работа посвящена исследованию влияния инжекции криогенных макрочастиц на эволюцию параметров плазмы в экспериментах на токамаке ТУМАН-3М, а также обработке массива диагностических данных и верификации модели нейтрального экранирования для оценки глубины проникновения пеллет в условиях данной установки. Объектом исследования является высокотемпературная плазма токамака ТУМАН-3М в условиях пеллет-инжекции. Цель работы – изучение влияния испарения пеллеты на параметры плазмы и оценка глубины её проникновения. Задачи исследования: 1) анализ периферийных параметров плазмы при тангенциальной инжекции; 2) восстановление кривых испарения; 3) построение скейлингов на основе модели нейтрального экранирования и их верификация. В работе использованы методы зондовой диагностики (зонд Ленгмюра), микроволновой интерферометрии, оптической регистрации свечения Hα/Dα и численное моделирование эволюции радиуса пеллеты в среде MATLAB. Обработка вольт-амперных характеристик проведена в Origin. Установлено, что тангенциальная и вертикальная инжекция инициируют кратковременное улучшение удержания (H-мода длительностью 2–4 мс), а вертикальная в ряде случаев способствует переходу в самоподдерживающуюся Н-моду. Разработана методика восстановления картины испарения пеллет и их осколков. Доказана предсказательная способность модели нейтрального экранирования для оценки глубины проникновения и распределения источника частиц. Область применения результатов – планирование экспериментов с пеллет-инжекцией. Практическая значимость состоит в получении методики оценки глубины проникновения по штатным диагностическим сигналам. Направлениями дальнейшего развития являются учёт динамического изменения профилей температуры и концентрации при инжекции для повышения точности расчётов. Для достижения данных результатов в работе использовались следующие информационные технологии и программное обеспечение: среда программирования MATLAB (для численного интегрирования), программа Origin (для нелинейной аппроксимации вольт-амперных характеристик).

The given work is devoted to studying the effect of cryogenic macroparticle injection on the evolution of plasma parameters in experiments on the TUMAN-3M tokamak, as well as to processing diagnostic data and verifying the neutral gas shielding model for estimating pellet penetration depth under the conditions of this specific device. The object of the study is the high-temperature plasma of the TUMAN-3M tokamak under pellet injection conditions. The goal of the work is to study the effect of pellet ablation on plasma parameters and to estimate its penetration depth. The research tasks are: 1) analysis of peripheral parameters during tangential injection; 2) reconstruction of spatiotemporal ablation curves; 3) development of scaling laws based on the neutral gas shielding model and their verification. The work used methods of probe diagnostics (Langmuir probe), microwave interferometry, optical registration of Hα/Dα emission, and numerical modeling of the pellet radius evolution in the MATLAB environment. The processing of volt-ampere characteristics was carried out in the Origin software. It was found that both tangential and vertical injection initiate short-term confinement improvement (L-H transition lasting 2–4 ms), and vertical injection in some cases leads to a self-sustaining H-mode. A technique for reconstructing the spatiotemporal ablation pattern of pellets and their fragments was developed. The predictive ability of the neutral gas shielding model for estimating penetration depth and particle source distribution has been proven. The area of application of the results is the planning of pellet injection experiments. The practical significance lies in obtaining a methodology for estimating penetration depth based on standard diagnostic signals. Directions for further development include accounting for the dynamic change of temperature and concentration profiles during injection to improve calculation accuracy. To achieve these results, the following information technologies and software were used: MATLAB programming environment (for numerical integration), Origin software (for nonlinear approximation of volt-ampere characteristics).

• СОДЕРЖАНИЕ
• ВВЕДЕНИЕ
• 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
  • 1.1. Аномальный перенос частиц и тепла в токамаке
  • 1.2. Методы нагрева плазмы и доставки топлива
  • 1.3. Режим с улучшенным удержанием плазмы в токамаке
  • 1.4. Пеллет-инжекция: особенности эксперимента
    • 1.4.1. Типы пеллет
    • 1.4.2. Эксперименты с топливными пеллетами
    • 1.4.3. Физика испарения и поведения пеллеты в плазме
    • 1.4.4. Механизмы влияния пеллеты на удержание плазмы
  • 1.5. Пеллет-инжекция на токамаке ТУМАН-3М
    • 1.5.1. Особенности разряда и инжекции в токамаке ТУМАН-3М
    • 1.5.2. Тангенциальная схема инжекции пеллеты в токамаке ТУМАН-3М
    • 1.5.3. Вертикальная схема инжекции пеллеты со стороны сильного поля в токамаке ТУМАН-3М
  • 1.6. Цель работы; постановка задачи
• 2. МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
  • 2.1. Описание метода работы одиночного ленгмюровского зонда
  • 2.2. Пример обработки вольт-амперной характеристики в разряде с инжекцией пеллеты
  • 2.3. Методика построения кривых испарения по оптическим датчикам
    • 2.3.1. Тангенциальная инжекция со стороны слабого поля
    • 2.3.2. Вертикальная инжекция со стороны сильного поля
  • 2.4. Численное моделирование испарения пеллеты на основе скейлинга Паркса
    • 2.4.1. Физическая основа и уравнения
• 3. РЕЗУЛЬТАТЫ
  • 3.1. Исследование поведения параметров плазмы на периферии при тангенциальной инжекции и оценка её влияния на удержание
    • 3.1.1. Обсуждение
  • 3.2. Построение скейлингов кривой испарения на основе модели нейтрального экранирования и сопоставление полученных зависимостей с экспериментальными данными
    • 3.2.1. Детальный анализ разряда № 5 (09.12.2025)
    • 3.2.2. Сводные результаты по всем экспериментам
    • 3.2.3. Обобщение результатов сопоставления модели и эксперимента
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ