Публикации автора

Представлены результаты численного анализа бесстолкновительных дрейфовых неустойчивостей применительно к магнитным конфигурациям с чисто полоидальным магнитным полем. Рассмотрены неустойчивости, связанные с градиентами ионной и электронной температур, а также плотности плазмы в широком диапазоне волновых чисел. Для конфигураций с неоднородным магнитным полем сформулирована электромагнитная модель с учетом конечного давления плазмы и кривизны магнитных силовых линий.

Представлен анализ энергетического баланса термоядерной системы на основе аксиально‐симметричной открытой ловушки. Основным источником внешнего нагрева плазмы в рассматриваемой системе является инжекция высокоэнергетичных (быстрых) частиц. Моделирование физической кинетики инжектируемых частиц основано на численном решении уравнения Фоккера—Планка, учитывающем рассеяние в область потерь и участие в термоядерной реакции. Несмотря на значительную долю потерь энергии инжектируемых частиц при уходе из ловушки из‐за углового рассеяния, рассмотренная система обладает достаточной эффективностью как нейтронный источник для гибридного (синтез— деление) реактора. Показана принципиальная возможность достижения коэффициента усиления мощности в плазме Qpl ≈ 1 при высоком уровне нейтронного выхода.

Эволюция начальных возмущений представляет самостоятельный интерес при описании турбулентного состояния. Для замагниченной плазмы при определенных условиях возможно проследить эволюцию отдельного малого возмущения, нарастающего в результате неустойчивости дрейфового типа вплоть до перехода в нелинейный режим. Такая возможность основана на экспериментально установленной связи спектров пульсаций с предсказаниями линейной теории дрейфовых неустойчивостей. Предложенная модель базируется на рассмотрении дрейфовой волны конечной амплитуды в условиях воздействия сдвигового течения. Выполненные теоретические оценки амплитуды возмущений находятся в разумном согласии с экспериментально наблюдаемыми значениями.

Рассматривается интегральная устойчивость рабочих режимов термоядерного реактора. Показано существенное различие условий устойчивости для режимов с нагревом термоядерными альфа-частицами и без термоядерной реакции, связанное с тем, что мощность нагрева термоядерными продуктами в значительно большей степени зависит от параметров плазмы, чем поглощенная мощность внешнего нагрева. Данный вопрос является важным для анализа возможных стационарных рабочих режимов термоядерных реакторов на основе альтернативных систем удержания плазмы. Область устойчивости существенно расширяется при снижении коэффициента усиления мощности в плазме Q. Это обстоятельство важно для источников термоядерных нейтронов с Q ~ 1, так как означает более надежное управление энерговыделением, чем в реакторах с Q ~ 10. Анализ основан на уравнении энергии. В общем виде время удержания представлено в виде степенного закона. Проанализированы некоторые законы удержания. Например, один из возможных законов удержания для обращенной магнитной конфигурации (FRC) может соответствовать неустойчивым режимам при Q > 5.

Рассматриваются возможности использования D–D-плазмы для генерации быстрых нейтронов. Важное преимущество D–D-реакции заключается в том, что отпадает необходимость воспроизводства трития. D–D-плазма может быть источником нейтронов с энергией 14 МэВ, которые рождаются в результате сгорания образующегося трития. Рассмотрено влияние примеси лития, который в небольшом количестве улучшает энергобаланс D–Dплазмы. Оптимальное с точки зрения критерия Лоусона отношение концентраций лития и дейтерия составляет 0,3—0,4. Выход в нейтронах с энергией 14 МэВ составляет около 50 % при добавлении лития-6 и около 35 % при добавлении лития-7. Требуются температуры около 100 кэВ. Поэтому для этого вида термоядерного топлива давление плазмы должно быть примерно равно магнитному давлению. Для увеличения скорости реакции может быть использован интенсивный нагрев пучком быстрых атомов. При этом коэффициент усиления в плазме Q ~ 1 может достигаться при температуре электронов около 100 кэВ и энергии инжектируемых дейтронов около 2 МэВ.