Покращені режими стримування
3 ) - Магнітне обмеження (стор. 1 - 2 - 3 - 4 )
Оскільки плазма не виконує свою роботу, фізики розробили сценарії, коли в плазмі створюється транспортний бар'єр, щоб утримувати частинки в центрі розряду та отримувати більш ефективне утримання.
На сьогоднішній день режим Н, високоефективний режим стримування, еталон для машин наступного покоління, міцно встановлений, і тривають дослідження щодо альтернативних сценаріїв, відомих як "вдосконалені токамаки".
Оскільки теоретичне розуміння явищ радіального розсіювання залишається обмеженим, багато експериментальних досліджень щодо утримання було проведено в основних машинах по всьому світу. Це дозволило зібрати велику базу даних, з якої ми визначили емпіричні закони масштабування, виражаючи час утримання з основних параметрів машини і плазми, так само, як ми звернулися до випробувань в аеродинамічних трубах для встановлення певних законів в механіці рідини . Це має першорядне значення для того, щоб мати можливість екстраполювати ефективність стримування машини наступного покоління.
Перший закон такого масштабування, встановлений в омічному режимі, тобто без додаткової потужності, передбачав, зокрема, збільшення часу утримання при великому радіусі машини. Потім були вивчені режими з додатковою потужністю, необхідними для підвищення температури плазми до умов, необхідних для майбутнього реактора: було виявлено, що конфайнмент погіршився порівняно зі значеннями, отриманими в омічному, коли потужність, сполучена плазма була підвищена.
Однак ми помітили, що за певних умов існував поріг потужності, з якого обмеження раптово покращується (хоча зазвичай залишається нижчим за омічну продуктивність): цей вдосконалений режим утримання був названий режимом H (для "Високого обмеження" або сильного обмеження в Англійська), на відміну від режиму обмеження, отриманого нижче порога потужності, що називається режимом L (для "низького обмеження" або слабкого обмеження в англійській мові). Це дозволяє поліпшити час утримання практично в 2 рази порівняно з режимом L. Відкриття цього вдосконаленого режиму утримання на машині ASDEX у 1980-х роках було вирішальним для термоядерного синтезу, і це все ще сьогодні довідковий сценарій для машини наступного етапу ITER.
Ви бачите напроти бази даних, яка використовується для встановлення закону масштабу часу утримання в режимі Н, і яка показує хорошу узгодженість між експериментальними результатами, що надходять від різних машин на ординаті, і результатом закону шкали абсцис d '.
Цей емпіричний закон передбачає:
збільшення часу утримання з великим радіусом машини і плазмовим струмом (що частково пояснює, чому JET, найбільша з діючих машин, отримує найкращі характеристики)
деградація з додатковою потужністю, пов'язаною з плазмою
Однак ми не повинні уявляти, що ситуація спокійна: ці дуже круті градієнти на краю породжують нестабільності, характерні для режиму H, який ми називаємо ELM (для Edge Localized Modes). Профіль плазмового тиску періодично розслабляється у напрямку до менш крутих схилів (чорна пунктирна лінія під червоною кривою на схемі). Потім бар'єр відновлюється, профіль знову застигає перед руйнуванням на наступному ELM. В результаті великі затяжки частинок і тепло виходять з плазми на кожному ELM, створюючи велике навантаження на компоненти вакуумної камери.
Режим L не можна відміняти, оскільки нестабільність в центрі називається пилкоподібним (пунктирні лінії під зеленою кривою в центрі): температура серцевини раптово падає, коли досягає граничного значення, перед тим як знову підніматися. явище повторюється. Однак тепер ми знаємо, як уникнути пилорізів після численних теоретичних та експериментальних досліджень, працюючи в областях параметрів плазми (струм, магнітне поле, додаткова потужність), де явище не спрацьовує. Це ще не стосується ELM у режимі H: виявлення механізмів, що призводять до цього явища, є дуже активною сферою досліджень.
Окрім режиму H, існують інші вдосконалені режими стримування, і, зокрема, ми побачили наприкінці 90-х років зростання так званих сценаріїв "вдосконалених токамаків", в яких продуктивність досягається завдяки дуже високому контролю. Делікатний струм та електричний струм польові профілі на звалищі, що генерують внутрішні транспортні бар'єри (або ІТБ для внутрішніх транспортних бар'єрів англійською мовою) в зоні, розташованій більше всередині звалища, ніж у випадку режиму Н, як ми бачимо це на діаграмі вище. Ці сценарії, перспективні, але важкі для реалізації через зворотний зв’язок, який буде виконаний у поточному профілі, все ще перебувають на етапі дослідження.
На Tore Supra вивчаються інші вдосконалені режими утримання, що включають внутрішні транспортні бар'єри, як показано на кривій навпроти. Вони отримуються за допомогою конкретних сценаріїв нагрівання, стабілізуюча дія яких на плазму зменшує транспортні явища. Таким чином, час утримання може бути збільшений у 2 рази порівняно з режимом L (див. Параметр H, який відображає покращення утримання в порівнянні з режимом L). Наприклад, ми маємо режими LHEP (для нижчих гібридних підвищених характеристик), отримані з нагріванням на гібридній частоті, та інші режими, отримані з нагріванням на іонній циклотронній частоті, що використовуються в режимі ICRH (для іонного циклотронного резонансного нагрівання) або FWEH (для Швидкохвильове електронне нагрівання).