Аннотация:
В докладе будут представлены результаты построения математической модели переноса плазмы в спиральной открытой магнитной ловушке СМОЛА, созданной в ИЯФ им. Г.И. Будкера СО РАН. Математическая модель основана на использовании винтовой конфигурации магнитного поля для удержания плазмы в устройстве. Удержание плазмы осуществляется за счет тормозящей силы, возникающей при вращении плазмы в скрещенных электрическом и винтовом магнитном полях. В этой системе плазма удерживается в центральной части, которая работает как классическая газодинамическая ловушка. Роль предложенных секций со спиральным магнитным полем заключается в уменьшении потерь частиц вдоль магнитного поля и, следовательно, в уменьшении потерь энергии. Математическая модель переноса вещества в винтовом магнитном поле построена на основе системы уравнений магнитной гидродинамики в цилиндрической системе координат с учетом симметрии. Рассматривается стационарный случай, обусловленный ходом экспериментов, в которых после короткого этапа установления в течение 120 мс плазма в главной части установки сохраняет свою пространственную конфигурацию без изменений. Эффект винтового удержания получен в натурных экспериментах и подтвержден расчетами. Стационарное уравнение переноса вещества содержит вторые производные по пространству. Выбран оптимальный шаблон для аппроксимации смешанной производной на основе тестовой задачи. Проведено сравнение численной реализации модели методом установления и методом Зейделя. Для перехода к более точному качественному и количественному совпадению данных вычислений и экспериментов требуется определение функциональных зависимостей для коэффициентов модели. А именно: коэффициента диффузии в поперечном поле, температуры, доли запертых частиц, отношения длины системы к длине свободного пробега иона. В результате использования большого числа экспериментальных измерений плотности плазмы в нескольких сечениях ловушки проводится валидация модели. Определение функциональных зависимостей позволит управлять процессом подавления продольных потерь частиц и энергии из открытых ловушек с плазмой реакторного класса. Все используемые параметры соответствуют данным установки СМОЛА. Разработанный пакет программ будет востребован для прогноза результатов работы проектируемых установок с магнитным полем винтовой конфигурации.
|
