Формування довгоживучих бананових орбіт надтеплових електронів під час спалахів МГД активності в розрядах токамака з електронами-втікачами

  • Igor Pankratov Фізико- технічний факультет, Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, Харків, Україна https://orcid.org/0000-0001-5876-4618
  • Volodymyr Bochko Інститут фізики плазми, ННЦ “Харківський фізико-технічний інститут”, Харків, Україна https://orcid.org/0000-0003-2109-968X
DOI: https://doi.org/10.26565/2312-4334-2019-3-01
Ключові слова: токамак, електрони-втікачі, надтеплові електрони, бананові орбіти, електронне циклотронне випромінювання

Анотація

Вторинна генерація електронів-втікачів – це процес, під час якого існуючі високоенергетичні втікаючі електрони вибивають теплові електрони плазми безпосередньо в область втікання в результаті близьких кулонівських зіткнень. Такі вибиті електрони миттєво прискорюються до ультрарелятивістських швидкостей, тому що в області втікання сила прискорення тороїдальним електричним полем значно перевищує силу тертя внаслідок кулонівських зіткнень з тепловими частинками плазми. Виникає лавина мегаелектронвольтних електронів-втікачів, потрапляння яких на конструкційні елементи сучасних великомасштабних токамаків і міжнародного споруджуваного токамака-реактора ІТЕР може призвести до катастрофічних наслідків. Внаслідок своєї актуальності, у теперішній час дане явище активно досліджується як теоретично, так і експериментально у провідних термоядерних центрах. Відомо, що при вторинній генерації у вибитих електронів величина перпендикулярної компоненти імпульсу по відношенню до магнітного поля токамака може значно перевищувати повздовжню компоненту: p⊥ >> p∥. Таким чином, виникають умови захоплення вибитих електронів неоднорідним магнітним полем токамака (бананові орбіти). Захоплені електрони більше не можуть прискорюватися індукованим електричним полем до високих енергій, лавиноподібне утворення електронів-втікачів частково пригнічується. Виникає питання, як довго популяція вибитих і захоплених надтеплових електронів існує. У даній роботі показана додаткова можливість для формування та існування довгоживучих бананових орбіт надтеплових електронів в умовах МГД активності плазми, коли під час спалахів МГД нестійкості індукується сильне тороїдальне електричне поле, що призводить до різкого зростання кількості таких вибитих і захоплених електронів. Дане явище розглянуто для нещодавніх експериментів з електронами-втікачами на токамаці EAST (Інститут фізики плазми, Хефей, Академія наук Китаю) в квазістаціонарних розрядах з низькою щільністю плазми. Довгоживучі захоплені електрони (p⊥ >> p∥) також впливають на інтенсивність ЕСЕ випромінювання. Розглянуте явище важливе для правильної інтерпретації експериментів з електронами-втікачами на сучасних токамаках.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Посилання

ITER Physics Basis, Chapter 3: MHD stability, operational limits and disruptions, Nucl. Fusion 39, 2175 (1999), https://doi.org/10.1088/0029-5515/39/12/303.

Progress in the ITER Physics Basis, Nucl. Fusion 47, S128 (2007), https://doi.org/10.1088/0029-5515/47/6/S03.

Yu. A. Sokolov, JETP Letters, 29, 218 (1979).

N.T. Besedin and I.M. Pankratov, Nucl. Fusion, 26, 807 (1986), https://doi.org/10.1088/0029-5515/26/6/009.

C. Paz-Soldan, N.W. Eidietis, R. Granetz, E.M. Hollman, R.A. Moyer, J.C. Wesley, J. Zhang, M.E. Austin, N.A. Crocker, A. Wingen, and Y. Zhu, Phys. Plasmas, 21, 022514 (2014), https://doi.org/10.1063/1.4866912.

I.M. Pankratov and V.Y. Bochko, in: Proceedings of the 45th EPS Conf. on Plasma Phys. (Prague, 2018), P2.1057.

I.M. Pankratov and V.Y. Bochko, Problems of Atomic Science and Technology, Series: Plasma Physics, 6, 8-11 (2018), in: https://vant.kipt.kharkov.ua.

R.J. Zhou, L.Q. Hu, E.Z. Li, M. Xu, G.Q. Zhong, L.Q. Xu, S.Y. Lin, J.Z. Zhang and the EAST Team, Plasma Phys. Control. Fusion, 55, 055006 (2013), https://doi.org/10.1088/0741-3335/55/5/055006.

R.J. Zhou, I.M. Pankratov, L.Q. Hu, M. Xu and J.H. Yang, Phys. Plasmas, 21, 063302 (2014), https://doi.org/10.1063/1.4881469.

I.M. Pankratov, R.J. Zhou and L Q. Hu, Phys. Plasmas, 22, 072115 (2015), https://doi.org/10.1063/1.4927578.

R. Jaspers, Relativistic Runaway Electrons in Tokamak Plasmas, Ph.D. thesis (Eindhoven University of Technology, The Netherlands, 1995), in: http://repository.tue.nl/431410.

D. Biskamp, Magnetic Reconnection in Plasmas (Cambridge: Cambridge University Press, 2000).

I.M. Pankratov, R. Jaspers, K.H. Finken and I. Entrop, in: Proceedings of the 26th EPS Conf. on Contr. Fusion and Plasma Physics, (Maastricht, 1999), p. 597.

Yu. M. Marchuk and I.M. Pankratov, Problems of Atomic Science and Technology, Series: Plasma Physics, 1, 6 (2017), in: https://vant.kipt.kharkov.ua.

V. Fuchs, R.A. Cairns, C.N. Lashmore-Davies and M.M. Shoucri, Phys. Fluids, 29, 2931 (1986), https://doi.org/10.1063/1.865493.

P.V. Savrukhin and E.A. Shestakov, Nucl. Fusion, 55, 043016 (2015), https://doi.org/10.1088/0029-5515/55/4/043016.

Б.Б. Кадомцев, О.П. Погуце, Турбулентные процессы в тороидальных системах, в сб.: Вопросы теории плазмы, вып. 5, под ред. М.А. Леонтовича (М.: Атомиздат, 1967); B.B. Kadomtsev and O.P. Pogutse, Turbulence in Toroidal Systems, in: Reviews of Plasma Physics, 5, edited by M.A. Leontovich (Boston: Springer, 1970).

В.В. Параил, О.П. Погуце, Ускоренные электроны в токамаке, в сб.: Вопросы теории плазмы, вып. 11, под общ. ред. М. А. Леонтовича и Б.Б. Кадомцева (М.: Энергоиздат, 1982); V.V. Parail and O.P. Pogutse, Runaway electrons in a tokamak, in: Reviews of Plasma Physics, 11, edited by M. A. Leontovich and B. B. Kadomtsev (New York: Consultant Bureau, 1986).

A.A. Ware, Phys. Rev. Lett. 25, 916 (1970), https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.25.916.

E. Nilsson, J. Decker, N.J. Fisch and Y. Peysson, J. Plasma Physics, 81, 475810403 (2015), https://doi.org/10.1017/S0022377815000446.

Опубліковано
2019-10-01
Цитовано
Як цитувати
Pankratov, I., & Bochko, V. (2019). Формування довгоживучих бананових орбіт надтеплових електронів під час спалахів МГД активності в розрядах токамака з електронами-втікачами. Східно-європейський фізичний журнал, (3), 4-9. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2019-3-01
Номер
№ 3 (2019): Східно-європейський фізичний журнал
Розділ
Статті

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

    • Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
    • Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
    • Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).