Подобрени режими на ограничаване
3 ) - Магнитно задържане (стр. 1 - 2 - 3 - 4 )
Тъй като плазмата не си върши работата, физиците са разработили сценарии, при които в плазмата се създава транспортна бариера, за да задържат частиците в центъра на разряда и да получат по-ефективно задържане.
Днес режим H, режим на задържане с висока производителност, еталон за машини от следващо поколение, е твърдо установен и текат проучвания по алтернативни сценарии, известни като "усъвършенствани токамаци".
Тъй като теоретичното разбиране на явленията на радиално разсейване остава ограничено, много експериментални проучвания върху задържането са проведени в основните машини по света. Това даде възможност да се събере голяма база данни, от която ние определихме емпирични закони за мащабиране, изразяващи времето на задържане от основните параметри на машината и на плазмата, точно както прибягнахме до тестове на аеродинамични тунели за установяване на определени закони в механиката на течностите . Това е от първостепенно значение, за да може да се екстраполира ефективността на задържане на машина от следващо поколение.
Първият закон за мащабиране от този вид, установен в омичен режим, тоест без допълнителна мощност, предвижда по-специално увеличаване на времето на задържане с големия радиус на машината. След това бяха проучени режимите с допълнителна мощност, необходими за повишаване на температурата на плазмата до условията, необходими за бъдещия реактор: беше открито, че ограничението е влошено в сравнение със стойностите, получени в омични, когато мощността, свързана с плазмата беше повишена.
Забелязахме обаче, че при определени условия има праг на мощност, от който ограничението внезапно се подобрява (макар че обикновено остава по-ниско от омичното представяне): този подобрен режим на задържане се нарича H режим (за „Високо ограничение“ или силно задържане в Английски), за разлика от режима на задържане, получен под прага на мощността, наречен режим L (за „Ниско ограничение“ или слабо ограничение на английски). Това позволява да се подобри времето на задържане с почти коефициент 2 в сравнение с режима L. Откриването на този подобрен режим на задържане на машината ASDEX през 80-те години беше капитал за термоядрен синтез и все още е днес еталонен сценарий за машината от следващия етап на ITER.
Виждате срещу базата данни, използвана за установяване на закона за мащаба за времето на задържане в режим H и която показва доброто съгласие между експерименталните резултати, идващи от различните машини на ординатата, и резултата от закона на скалата на абсцисата.
Този емпиричен закон предвижда:
увеличаване на времето на задържане с големия радиус на машината и плазмения ток (което отчасти обяснява защо JET, най-големият от настоящите машини, постига най-добри характеристики)
разграждане с допълнителна мощност, свързана с плазмата
Не трябва обаче да си представяме, че ситуацията е спокойна: тези много стръмни градиенти на ръба пораждат нестабилности, специфични за режима H, който ние наричаме ELM (за Edge Localized Modes). Профилът на плазменото налягане периодично се отпуска към по-малко стръмни склонове (черна пунктирана линия под червената крива на диаграмата). След това бариерата се възстановява, профилът отново се втвърдява, преди да се срути при следващия ELM. В резултат на това големи всмуквания на частици и топлина излизат от плазмата при всеки ELM, поставяйки голямо напрежение върху компонентите на вакуумната камера.
Режимът L не трябва да се надминава, тъй като нестабилностите в центъра се наричат трион (пунктирани линии под зелената крива в центъра): температурата на сърцевината внезапно се срива, когато достигне гранична стойност, преди да се покачи отново. Постепенно до следващия трион явлението се повтаря. Сега обаче знаем как да избягваме триончета след многобройни теоретични и експериментални изследвания, като работим в области с параметри на плазмата (ток, магнитно поле, допълнителна мощност), където явлението не се задейства. Това все още не е така за ELM в режим H: идентифицирането на механизмите, които водят до това явление, е много активна област на изследване.
В допълнение към режима H има и други подобрени режими на задържане и по-специално видяхме в края на 90-те години нарастването на така наречените сценарии за „усъвършенствани токамаци“, при които производителността се постига благодарение на много висок контрол. Деликатен ток и електричество полеви профили в депото, генериращи вътрешни транспортни бариери (или ITB за вътрешни транспортни бариери на английски език) в зона, разположена повече вътре в депото, отколкото в случая на режим H, както може да се види на диаграмата по-горе. Тези сценарии, обещаващи, но трудни за изпълнение поради обратната връзка, която трябва да се извърши по текущия профил, все още са в проучвателна фаза.
На Tore Supra се изследват други подобрени режими на задържане, включващи вътрешни транспортни бариери, както е показано на кривата отсреща. Те се получават чрез използване на специфични сценарии на нагряване, чието стабилизиращо действие върху плазмата намалява транспортните явления. По този начин времето на задържане може да се увеличи до коефициент 2 в сравнение с режима L (виж параметър H, който отразява подобрението в задържането в сравнение с режима L). Например, имаме режимите LHEP (за по-ниска хибридна подобрена производителност), получени с нагряване на хибридната честота, и други режими, получени с нагряване при йонна циклотронна честота, използвани в режим ICRH (за резонансно нагряване с йонен циклотрон) или FWEH (за Електронно отопление с бърза вълна).