Техника - молодёжи 1986-03, страница 13

НА ПЕРЕДНЕМ КРАЕ ШЖЫ

уходят из плазмы. К ним добавляются те, которые образуются в процессе рекомбинации ионов и электронов, то есть захвата электронов ионами Рекомбинация — явление обратное по отношению к ионизации водорода в плазме. И скорость ее на много порядков меньше, чем скорость ионизации. Но и процесс захвата электронов ионами тоже необходимо^%исследовать, поскольку он также формирует тюток атомов, выходящих из плазмы.

Именно этот эффект и заинтере-совал ученых. Дело в том, что атомы, выходящие из плазмы за счет обоих процессов, обладают энергией ионов. И «если зарегистрировать освободившийся очень слабый поток атомов и измерить их энергию, мы можем узнать и энергию „ионов водорода внутри плазмы. А по ней определить температуру — важнейший параметр термоядерного «горения». ₍

Анализом потока атомов, выходящих из плазмы, занимается пассивная корпускулярная диагностика. Он осуществляется с помощью специальных сверхчувствительных приборов — анализаторов. Схема их действия такова. Поток атомов,

ИНЖЕК.ТОР ПУЧКА ATCWIOB

АНАЛИЗАТОР

ДИАЛИЗАТОР

Схема комплекса аппаратуры для пассивной и активной диагностики плазмы.

Схема действия многоканального атомного анализатора.

ЭЛЕКТРОМАГНИТ

С "О

ЛЕТ ЕКТОРЫ

КАМЕВ4 ОБДИРКИ

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ

Конденсаторы

выходящих, из плазмы, проходит через камеру, наполненную азотом или гелием. Сталкиваясь с молекулами этих газов, атомы частично «обдираются», то есть теряют свои электроны, в то же время сохраняя скорость. За камерой обдирки расположен электромагнит, который разворачивает преобразованные в ионы атомы в «веер» в соответствии с их импульсами. Затем они проходят через электростатические конденсаторы, каждый из которых пропускает частицы с определенной энергией, и регистрируются детекторами. В результате мы получаем несколько значений потока атомов (по числу каналов прибора), каждое из которых соответствует определенной энергии данного изотопа водорода в плазме. 6 современных анализаторах обычно устраивают около десяти каналов. Но иногда их бывает несколько десятков. подсоединенная к приборам, по чис- ~ лу атомов, зарегистрированных в каналах анализатора, мгновенно подсчитывает температуру ионов в плазме. Ионную температуру и ее изменение во времени таким образом можно определять в течение всего периода существования плазмы в термоядерной установке.

Анализ потока атомов стал сейчас основным методом определения температуры водорода в плазме. Дело в том, что получение информации об ионах водорода другим путем затруднено: лишенные электронов, они не дают электромагнитного излучения, необходимого для исследования. Вывести же сами ионы за пределы плазменной установки нельзя, потому что они «заперты» сильными магнитными полями, пронизывающими плазму.

С помощью пассивной диагностики определяют усредненную температуру ионов. Однако сейчас исследователям УТС зачастую бывает необходимо измерять параметры плазмы (например, ту ike температуру) в конкретной точке (или малом объеме) плазмы. Такие задачи решают с помощью активной корпускулярной диагностики. Она основана на >регистрации потока, получаемого в результате инжек-ции в плазму узкого пучка быстрых атомов водорода. Один m методов активной диагностики — искусственная перезарядка. При этом атомный пучок является как бы мишейыо для ионов водорода. Сталкиваясь с атомами пучка, иойы плазмы нейтрализуются и,

сами становясь атомами, уходят из плазмы,

В комплексе аппаратуры, созданной в физтехе, анализатор I регистрирует этот искусственно стимулированный поток атомов, испущенный из малого объема V, который образован пересечением пучка и зоны «видимости» анализатора. Так в нем определяют ионную температуру. Поворачивая инжектор пучка или анализатор, можно выбирать исследуемый объем в плазме и получать распределение ионной температуры по сечению плазмы.

Локальную температуру ионов можно измерить и другим способом. Речь идет о регистрации атомов инжектируемого пучка, рассеянных^ ионами плазмы на некий фиксированный угол (обычно 10°). Делается это с помощью анализатора И. При так называемом упругом рассеянии на движущихся ионах плазмы энергия монокинетического пучка слегка расплывается. Величина «расплывания» зависит от температуры ионов, на которых происходит рассеяние. Тщательно измеряя распределение энергии рассеянных атомов, определяют температуру ионов в объеме, образованном пересечением пучка с зоной видимости анализатора.

Методы корпускулярной диагностики сейчас широко применяют на всех крупных термоядерных установках с магнитным удержанием плазмы. Разработанная в ФТИ имени А. Ф. Иоффе аппаратура по запросам зарубежных термоядерных центров была поставлена и успешно используется в ФРГ, США, Франции, Японии, Англии, Швейцарии, ЧССР, ВНР. Короче говоря, методика, созданная в нашем институте, стала основным инструментом исследования нагрева изотопов водорода в термоядерной плазме. Проведенные в последние годы исследования (особенно на крупнейшем советском «Тока-маке» Т-10 в Институте атомной энергии имейн И. В. Курчатова) с помощью корпускулярной диагностики доказали, что на основе существующих токамаков можно создать термрядерную установку с положительным-выходом энергии.

Диагностика по нейтральным атомам — весьма перспективный метод контроля режима «горения» изотопов водорода. Мы полагаем, что она поможет эффективно управлять работой термоядерных электростанций будущего. —

11