nguphysСибирский физический журналSIBERIAN JOURNAL OF PHYSICS2541-9447Новосибирский государственный университет10.25205/2541-9447-2025-20-2-19-38nguphys-403Research ArticleФИЗИКА ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ, УСКОРИТЕЛЕЙ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫHIGH-ENERGY AND ACCELERATOR PHYSICS, PHYSICS OF HIGH-TEMPERATURE PLASMAРаспределение нейтрального газа в расширителе открытой ловушкиDistribution of Neutral Gas in the Expander of an Open TrapФедоренковЭ. А.FedorenkovE. A.

Федоренков Эдуард Александрович, младший научный сотрудник

Новосибирск

Eduard A. Fedorenkov, Junior Researcher

Novosibirsk

ed-f-a@mail.ruБеклемишевА. Д.BeklemishevA. D.

Беклемишев Алексей Дмитриевич, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник

Новосибирск

Aleksey D. Beklemishev, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Leading Researcher

Novosibirsk

bekl@bk.ruИнститут ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН; Новосибирский государственный университетРоссияBudker Institute of Nuclear Physics of SB RAS; Novosibirsk State UniversityRussian Federation2025231020252021938Copyright © Федоренков Э.А., Беклемишев А.Д., 20252025Федоренков Э.А., Беклемишев А.Д.Fedorenkov E.A., Beklemishev A.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nguphys.elpub.ru/jour/article/view/403

В открытой магнитной ловушке для удержания высокотемпературной плазмы ключевой проблемой являются продольные потери тепла, с которой борется расширитель плазменного потока. В предыдущих работах было показано, что нейтральный газ может снижать эффективность расширителя. В этой работе предложена модель, описывающая распределение нейтрального газа внутри плазмы и за ее пределами до стенок расширителя. Результаты показали, что концентрация газа вблизи и внутри плазмы на порядок меньше, чем вблизи стенок. Это указывает на менее строгие ограничения на предельную концентрацию нейтралов внутри плазмы.

In an open magnetic trap for confining high-temperature plasma, the key problem is longitudinal heat loss, which is addressed by a plasma flow expander. Previous studies have shown that neutral gas can reduce the expander efficiency. In this paper, a model is proposed that describes the distribution of neutral gas inside the plasma and beyond it to the expander walls. The results show that the gas concentration near and inside the plasma is orders of magnitude lower than near the walls. This indicates less stringent restrictions on the maximum concentration of neutrals inside the plasma.

открытые магнитные ловушкифизика расширителяупругие столкновениякинетическое уравнениеopen magnetic trapsexpander physicselastic collisionskinetic equationReferencesSudnikov A., Soldatkina E. Review of recent advances and new ideas in development of the open magnetic traps // AIP Conference Proceedings. AIP Publishing, 2019. Vol. 2179. № 1.Sudnikov A., Soldatkina E. Review of recent advances and new ideas in development of the open magnetic traps AIP Conference Proceedings. AIP Publishing, 2019, vol. 2179, no. 1.Ivanov A. A., Prikhodko V. V. Gas-dynamic trap: an overview of the concept and experimental results // Plasma Physics and Controlled Fusion. 2013. Vol. 55. № 6. С. 063001.Ivanov A. A., Prikhodko V. V. Gas-dynamic trap: an overview of the concept and experimental results. Plasma Physics and Controlled Fusion, 2013, vol. 55, no. 6, рр. 063001.Иванов А. А., Приходько В. В. Газодинамическая ловушка: результаты исследований и перспективы // Успехи физических наук. 2017. Т. 187, № 5. С. 547–574.Ivanov A. A., Prikhodko V. V. Gas dynamic trap: experimental results and future prospects. Physics-Uspekhi, 2017, vol. 60, no. 5, рр. 509. (in Russ.)Bagryansky P. A. Progress of open systems at Budker Institute of Nuclear Physics // Journal of Plasma Physics. 2024. Vol. 90, № 2. С. 905900218.Bagryansky P. A. Progress of open systems at Budker Institute of Nuclear Physics Journal of Plasma Physics, 2024, vol. 90, no. 2, рр. 905900218.Soldatkina E. I. et al. Measurements of axial energy loss from magnetic mirror trap // Nuclear Fusion. 2020. Vol. 60, № 8. P. 086009.Soldatkina E. I. et al. Measurements of axial energy loss from magnetic mirror trap. Nuclear Fusion, 2020, vol. 60, no. 8, рр. 086009.Soldatkina E. I. et al. Experimental issues of energy balance in open magnetic trap // Journal of Plasma Physics. 2024. Vol. 90, № 2. P. 975900203.Soldatkina E. I. et al. Experimental issues of energy balance in open magnetic trap. Journal of Plasma Physics, 2024, vol. 90, no. 2, рр. 975900203.Конкашбаев И. К., Ландман И. С., Улинич Ф. Р. Возможность уменьшения потока тепла электронов из открытых ловушек // ЖЭТФ. 1978. Т. 74. С. 956–964.Konkashbaev I. K., Landman I. S., Ulinich F. R. Possibility of decreasing the electron heat flux from open traps. Zh. Eksp. Teor. Fiz. 1978, vol. 74, рр. 956–964. (in Russ.)Ryutov D. D. Axial electron heat loss from mirror devices revisited // Fusion science and technology. 2005. Vol. 47, №. 1. P. 148–154.Ryutov D. D. Axial electron heat loss from mirror devices revisited. Fusion science and technology, 2005, vol. 47, no. 1, рр. 148–154.Сковородин Д. И. и др. Газодинамическая многопробочная ловушка ГДМЛ // Физика плазмы. 2023. T. 49, № 9. С. 831–884.Skovorodin D. I. et al. Gas-dynamic multiple-mirror trap GDMT. Plasma Physics Reports, 2023, vol. 49, no. 9, рр. 1039–1086. (in Russ.)Dylla H. F. A review of the wall problem and conditioning techniques for tokamaks // Journal of Nuclear Materials. 1980. Vol. 93. P. 61–74.Dylla H. F. A review of the wall problem and conditioning techniques for tokamaks. Journal of Nuclear Materials, 1980, vol. 93, рр. 61–74.Kadomtsev M. B. et al. Ballistic model for neutral hydrogen distribution in ITER edge plasma // Proceedings of the 39th EPS Conference on Plasma Physics & 16th International Congress on Plasma Physics, Stockholm, Sweden. 2012. P. 2–6.Kadomtsev M. B. et al. Ballistic model for neutral hydrogen distribution in ITER edge plasma. Proceedings of the 39th EPS Conference on Plasma Physics & 16th International Congress on Plasma Physics, Stockholm, Sweden. 2012, рр. 2–6.Kukushkin A. B. et al. Ballistic model of recycling of atomic and molecular hydrogen and its application to the ITER main chamber // Plasma Physics and Controlled Fusion. 2021. Vol. 63, № 3. P. 035025.Kukushkin A. B. et al. Ballistic model of recycling of atomic and molecular hydrogen and its application to the ITER main chamber. Plasma Physics and Controlled Fusion, 2021, vol. 63, no. 3, рр. 035025.Burrell K. H. NEUCG: A transport code for hydrogen atoms in cylindrical hydrogenic plasmas // Journal of Computational Physics. 1978. Vol. 27, № 1. P. 88–102.Burrell K. H. NEUCG: A transport code for hydrogen atoms in cylindrical hydrogenic plasmas. Journal of Computational Physics, 1978, vol. 27, no. 1, рр. 88–102.Atalay M. A., Öztürk Ö. A. kinetic model for the transport of neutral hydrogen atoms in a hydrogen plasma // Journal of plasma physics. 2004. Vol. 70, № 3. P. 303–315.Atalay M. A., Öztürk Ö. A. kinetic model for the transport of neutral hydrogen atoms in a hydrogen plasma. Journal of plasma physics, 2004, vol. 70, no. 3, рр. 303–315.Жоголев В. Е. Редуцированные кинетические модели переноса нейтралов в плазме токамаков // Физика плазмы. 2012. Т. 38, № 10. С. 855–855.Zhogolev V. E. Reduced kinetic models of neutral transport in tokamak plasma. Plasma Physics Reports, 2012, vol l. 38, no. 10, рр. 855–855. (in Russ.)Murakami I. et al. NIFS atomic and molecular numerical database for collision processes // Atoms. 2020. Vol. 8, № 4. P. 71.Murakami I. et al. NIFS atomic and molecular numerical database for collision processes. Atoms, 2020, vol. 8, no. 4, р. 71.Krstic P. S., Schultz D. R. Atomic and plasma-material interaction data for fusion. V. 8. Elastic and related transport cross sections for collisions among isotopomers of H++ H, H++ H 2, H++ He, H+ H, and H+ H 2. – 1999.Krstic P. S., Schultz D. R. Atomic and plasma-material interaction data for fusion. V. 8. Elastic and related transport cross sections for collisions among isotopomers of H++ H, H++ H 2, H++ He, H+ H, and H+ H 2. – 1999.Skovorodin D. I. Suppression of secondary emission of electrons from end plate in expander of open trap // Physics of Plasmas. 2019. Vol. 26. № 1.Skovorodin D. I. Suppression of secondary emission of electrons from end plate in expander of open trap. Physics of Plasmas, 2019, vol. 26, no. 1.Беклемишев А. Д., Федоренков Э. А. Эффективный метод решения уравнения Больцмана на однородной сетке // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 2022. Т. 62, № 11. С. 1900–1911.Beklemishev A. D., Fedorenkov E. A. Efficient method for solving the Boltzmann equation on a uniform mesh. Computational Mathematics and Mathematical Physics, 2022, vol. 62, no. 11, рр. 1900–1911. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.