Details

Целью данной работы являлось исследование микронеустойчивостей, вызывающих аномальный перенос тепла и частиц в плазме сферического токамака Глобус-М2, методом линейного гирокинетического моделирования. Проведены численные эксперимента для анализа режима с горячими ионами и изотопного эффекта, наблюдаемых на установке, а также для оптимизации сценариев удержания плазмы. Расчёты выполнялись с помощью гирокинетического кода GKW в локальном электростатическом приближении с использованием магнитной геометрии Миллера, восстановленной по экспериментальным данным диагностического комплекса токамака. Показано, что в характерных для Глобус-М2 условиях доминирующей неустойчивостью является мода на запертых электронах(TEM), тогда как классическая ионно-температурная градиентная (ITG) мода при экспериментальных значениях градиентов не развивается; переход между ITG- и TEM-режимами управляется параметром ηi и отношением Ti/Te. В режиме с горячими ионами высокое значение Ti/Te оказывает стабилизирующее воздействие на ITG-моду. Установлено, что радиальный градиент тороидальной скорости, создаваемый нейтральной инжекцией, способен подавить линейный рост возмущений. На примере пары разрядов с инжекцией водорода и дейтерия показано, градиент электронной плотности может являться ключевым параметром, определяющим наблюдаемое различие в теплопроводности.

The main goal of this thesis has been to investigate the microinstabilities and the corresponding anomalous heat and particle transport in Globus-M2 plasmas by means of linear gyrokinetic modeling. Numerical experiments were carried out to analyze the hot-ion mode and the isotope effect observed on the device, as well as to optimize plasma confinement scenarios. The calculations have been performed with the gyrokinetic code GKW in the local electrostatic approximation using the Miller magnetic geometry reconstructed from the experimental data of the tokamak diagnostic complex. It has been shown that under the conditions typical of Globus-M2 the dominant instability is the trapped electron mode (TEM), whereas the classical ion temperature gradient (ITG) mode is suppressed at the conditions corresponding to the hot-ion mode experiments; the transition between the ITG and TEM regimes is governed by the parameter ηi and the Ti/Te ratio,in hot ion mode high Ti/Te ratio might stabilize linear ITG mode. It has been found that the radial gradient of the toroidal rotation velocity produced by neutral beam injection might be able to suppress the linear growth of the perturbations. Using the example of a pair of discharges with hydrogen and deuterium injection, it is shown that the electron density gradient can be a key parameter determining the observed difference in heat transport.