КОНЦЕПТУАЛЬНЫЙ ДИЗАЙН ДИАГНОСТИКИ ТОМСОНОВСКОГО РАССЕЯНИЯ ТОКАМАКА КТМ

Статья посвящена выбору схемы реализации диагностики томсоновского рассеяния (ДТР) для токамака КТМ, предназначенной для проведения измерений пространственно-временной эволюции температурных и плотностных профилей электронов высокотемпературной плазмы. В статье приводится подробное описание наиболее важных систем диагностики, приведен обширный литературный обзор ДТР, реализованный на аналогичных установках. В результате анализа конструктивных особенностей токамака КТМ и существующих технических ограничений обоснован выбор схемы тангенциального зондирования в экваториальной плоскости как наиболее надёжной и практически реализуемой. Сформулированы ключевые технические требования к системе: диапазон измеряемых температур электронов – от 50 до 3100 эВ, диапазон плотностей – от 1·10¹⁹ до 2,5·10²⁰ м⁻³, а также наличие не менее 10 пространственных точек регистрации. Проведено сравнение различных схем размещения диагностического оборудования, включая вертикальное зондирование, и показана невозможность их реализации на КТМ по ряду инженерных и физических причин. Предложенная компоновка обеспечивает стабильность юстировки, защиту от паразитного излучения и высокое пространственное разрешение. Работа представляет собой обоснованный проект системы ДТР, реализация которого позволит существенно расширить диагностические возможности токамака КТМ для исследований плазмы и материалов в условиях управляемого термоядерного синтеза.

1. B. Chektybayev, S. Zhunisbek, I. Tazhibayeva, D. Olkhovik, E. Batyrbekov, D. Zarva, A. Korovikov, A. Lee, V. Pavlov, E. Kashikbayev, A. Zhaksybayeva, A. Duisen. Overview of the first experiments at KTM tokamak to obtain plasma discharges // Fusion Engineering and Design. – Vol. 194. – Art. 113847.

2. B. Chektybayev, I. Tazhibayeva, E. Batyrbekov, Ye. Kashikbayev, D. Olkhovik, D. Zarva, A. Duisen, A. Zhaksybayeva. Improvement of plasma discharge performance at KTM tokamak // Fusion Engineering and Design. – Vol. 208. – Ar. 114684.

3. В. В. Солоха и др. Классификация краевых неустойчивостей на токамаке Глобус-М2 // Физика плазмы. – 2023. – Т. 49. – С. 322–331.

4. G.M. Asadulin, I.S. Bel’bas, A.V. Gorshkov Upgraded TV Thomson scattering system on the T-10 tokamak // Fusion Engineering and Design. – 2022.

5. Г.М. Асадулин, А.Н. Баженов, И.С. Бельбас, А.В. Горшков, А.Н. Коваль, Г.С. Курскиев и др. Испытание полихроматора для тангенциальной системы томсоновского рассеяния токамака Т-15МД в составе диагностики токамака Т-10 // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. – 2019. – Т. 42.

6. G. M. Asadulin, I. S. Bel’bas and A. V. Gorshkov Tangential System of Thomson Scattering for Tokamak T-15 // Physics of Atomic Nuclei. – 2017. – Vol. 80. – P. 137–1331.

7. G.S. Kurskiev, Al.P. Chernakov, V.A. Solovey [et al. Digital filter polychromator for Thomson scattering applications // Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A. – 2020. – Vol. 963.

8. Г.С. Курскиев, С.Ю. Толстяков, A.А. и др. Модернизация диагностики томсоновского рассеяния на токамаке Глобус-М // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. – 2012.

9. N.S. Zhiltsov, G.S. Kurskiev, E.E. Mukhin [et al. A note on measurement accuracy and thermal stability of filter polychromators for Thomson scattering diagnostics // Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A. – 2020. – Vol. 976.

10. Н. В. Ермаков, Н. С. Жильцов, Г. С. Курскиев, Е. Е. Мухин и др. Диагностика плазмы в диверторной области токамака Глобус-М2 методом томсоновского рассеяния // Физика Плазмы. – 2023. – Т. 49.

11. Н.С. Жильцов, Г.С. Курскиев и др. Диагностика томсоновского рассеяния для управления концентрацией плазмы токамака Глобус-М2 // Письма в ЖТФ. – 2023. – Т. 49.

12. Zhiltsov, N. S., Kurskiev, G. S., Tolstyakov, S. Y., Solovey, V. A., Koval, A. N., Tkachenko, E. E., ... & Yashin, A. Y. Thomson scattering diagnostics at the Globus-M2 tokamak // Fusion Engineering and Design. – 2025. – Vol. 211. – Art. 114753.

13. Asadulin G., Bel'bas I., Gorshkov A. 100-Hz Thomson scattering diagnostics on T-10 tokamak. – In: Proc. of 43rd European Physical Society Conf. on Plasma Physics, 2016.

14. Г.М. Асадулин, А.Н. Баженов, И.С. Бельбас и др. Тангенциальная система диагностики томсоновского рассеяния для токамака Т-15 // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. – 2016. – Т. 39, вып. 2.

15. Mухин E. E. и др. Диагностический комплекс томсоновского рассеяния для мониторинга электронного компонента плазмы в диверторной зоне токамака ИТЭР // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Термоядерный синтез. – 2010. – № 2. – С. 59–68.

16. Bassan M., Kurskiev G., et. al. Thomson scattering diagnostic systems in ITER // G. J. Instrum. – Vol. 11.

17. E Yatsuka, M Bassan, T Hatae, M Ishikawa, T Shimada, G Vayakis, M Walsh, R Scannell, R Huxford, P Bilkova et. al. Progresses in development of the ITER edge Thomson scattering system // JINST. – 2013. – Vol. 8.

18. E. Mukhin, R.A. Pitts, P. Andrew, P.V. Chernakov, L. Giudicotti et. al. Physical aspects of divertor Thomson scattering implementation on ITER // Nucl. Fusion. – 2014. – Vol. 54.

19. G.S. Kurskiev, P.A. Sdvizhenskii, M. Bassan et. al. A study of core Thomson scattering measurements in ITER using a multi-laser approach // Nucl. Fusion. – 2015. – Vol. 55.

20. Г.С. Курскиев, Н.С. Жильцов, А.Н. Коваль, А.Ф. Корнев, А.М. Макаров, Е.Е. Мухин, Ю.В. Петров и др. Измерение температуры электронов плазмы токамака Глобус-М2 методом мультилазерного томсоновского рассеяния // Письма в ЖТФ. –2021. – Т. 47.

21. Scannell. R. [et al. A 130 point Nd:YAG Thomson scattering diagnostic on MAST // Rev.Sci. Instrum. – 2010. – Vol. 81.

22. B. P. LeBlanc, R. E. Bell, D. W. Johnson, D. E. Hoffman, D. C. Long, and R. W. Palladino. Operation of the NSTX Thomson scattering system // Rev.Sci. Instrum. – 2003. – Vol. 74.