Разработка концепции термоядерного реактора синтеза на основе тороидальных магнитных ловушек типа "стелларатор".
Равновесие, устойчивость и удержание высокотемпературной плазмы в стеллараторах/торсатронах.
ВЧ нагрев плазмы и возбуждение тока в тороидальных магнитных системах.
Диагностика высокотемпературной плазмы.
Разработка мощных квазистационарных плазменных ускорителей и их применение.
Плазменные технологии.
Основные результаты последних лет
СТЕЛЛАРАТОРЫ
Развиты методы оптимизации конфигурации магнитного поля в стеллараторах с целью улучшения равновесия и устойчивости плазмы и уменьшения неоклассических потерь. Разработана концепция "бессиловых" магнитных систем стеллараторов типа "торсатрон".
На основе этой концепции сооружен торсатрон с дивертором "Ураган-3"("3М"). Для оптимизации его магнитной конфигурации предложены и использованы методы настройки магнитной системы и исследования конфигурации магнитного поля. Предложен метод подавления магнитных островов в торсатронах. Исследовано влияние спектра пространственных гармоник магнитного поля на перенос бесстолкновительной плазмы. Развита и использована концепция создания и нагрева бестоковой плазмы при поглощении ВЧ мощности в области частот альфеновского и ионного циклотронного резонансов. Разработаны винтовые рамочные антенны с защитным покрытием из нитрида титана, способные излучать в плазму ВЧ мощность до 1 Мвт. Создание плазмы и нарастание плотности частиц являлось следствием поглощения ВЧ мощности электронами при последовательном возбуждении различных типов плазменных волн. Исследовано удержание бестоковой плазмы, созданной при поглощении ВЧ мощности. При поглощении ВЧ мощности 0.2 МВт получена квазистационарная бестоковая плазма с ионной температурой до 1.1 КэВ и с энергосодержанием, близким к предельному по равновесию. В таких предельных режимах обнаружены релаксационные колебания параметров, интерпретированные как следствие предсказываемой теорией неустойчивости плазмы с большим бета. Установлено, что в центральной части плазмы электронная теплопроводность близка к неоклассической и аномально высока на периферии. Исследована диффузия частиц в области удержания, эргодическом магнитном слое и диверторных потоках. Показано, что в большей части плазменного столба диффузия частиц близка к неоклассической. Исследована экранирующая эффективность плазмы в эргодическом магнитном слое по отношению к легким и тяжелым примесям.
ТОРСАТРОН "УРАГАН-2М"
Проведены теоретические исследования удерживающих свойств магнитной конфигурации торсатрона с малым углом наклона винтовой обмотки и дополнительным продольным полем, реализованной в установке "Ураган-2М". Показано, что минимизация винтовой неоднородности магнитного поля в торсатроне обеспечила существенное снижение неоклассических транспортных коэффициентов по сравнению с другими стеллараторными установками.
Экспериментальные исследования конфигурации магнитного поля в торсатроне "Ураган-2М" подтвердили результаты численных расчетов. Разработан ВЧ метод создания и нагрева плазмы, основанный на возбуждении в плазме медленных и быстрых волн в области частот ионного циклотронного резонанса с помощью антенн с развитой излучающей поверхностью. Создан ВЧ комплекс для торсатрона "Ураган-2М", включающий генератор и антенны, и позволяющий вводить в плазму ВЧ мощность до 5 Мвт.
Впервые предложена идея эффективного высокочастотного нагрева плазмы в токамаках на частотах вблизи ионного циклотронного резонанса с помощью малой добавки резонансных ионов. Разработаны теория и методы мощного высокочастотного нагрева и создания тока увлечения в крупных токамаках на частотах вблизи ионного циклотронного резонанса. Созданы комплексы для ВЧ нагрева плазмы на токамакe Т-10 (РНЦ Курчатовский институт, Москва) и торсатроне TJ-IU (CIEMAT, Мадрид).
КВАЗИСТАЦИОНАРНЫЕ ПЛАЗМЕННЫЕ УСКОРИТЕЛИ
Разработана (совместно с РНЦ Курчатовский институт, Москва) концепция создания мощных квазистационарных плазменных ускорителей (КСПУ) для термоядерных и технологических применений. Созданы и исследованы несколько моделей КСПУ.
ПЛАЗМЕННЫЙ УСКОРИТЕЛЬ КСПУ Х-50
На КСПУ Х-50 подтверждена основная идея концепции: реализован квазистационарный режим ускорения с ионным токопереносом в основном канале двухступенчатого ускорителя. Показано, что КСПУ генерирует мощные потоки плазмы с плотностью энергии, достаточной для моделирования условий на внутрикамерных элементах токамака-реактора при неустойчивости срыва. Проведены исследования взаимодействия мощных плазменных потоков на поверхности, обнаружен положительный эффект экранирования поверхностей плотной плазменной подушкой, возникающей при воздействии головной части плазменного потока.
ДИАГНОСТИКА ПЛАЗМЫ
Разработан ряд новых подходов в диагностике плазмы термоядерного реактора-токамака, включая двухполяризационную микроволновую рефлектометрию и магнитную диагностику как средство восстановления профилей плотности плазмы и тока.