Целью исследования является отработка механизмов управления режимами дивертора, отличающихся снижением взаимодействия плазмы со стенками и оценка влияния примеси азота и других радиантов на режимы работы дивертора сферического токамака Глобус-М2. Проблема снижения потоков тепла на диверторные пластины стоит наиболее остро на установках с высокой мощностью и сравнительно длительным временем удержания, так как на таких установках пиковая плотность потоков мощности на диверторные пластины не должна превышать критическое значение ~10 МВт/м2, приводящее к их разрушению. Важно отметить, что мощность, выделяемая на пластинах дивертора распределена по ним неравномерно. Пик мощности приходится на узкую область пересечения сепаратрисы с поверхностью пластин и многократно превышает ее среднее значение. Несмотря на то, что в токамаке Глобус-М2 данная проблема не критична, многие вопросы по отработке технологии снижения тепловой нагрузки на диверторные пластины токамака-реактора могут быть решены именно на нем. Проблема снижения потоков тепла на диверторные пластины может быть решена путем перераспределения концентрированного потока мощности, направленной вдоль сепаратрисы на пластины, в поток излучения, равномерно распределенного по всей поверхности дивертора. Для этого предлагается в районе Х-точки дивертора создать сильно излучающую область плазмы путем напуска примесей, поглощающих и переизлучающих мощность, выходящую из основного объема плазмы вдоль сепаратрисы. При этом важно так подобрать примесь, скорость и место напуска, чтобы значительная часть излученной мощности излучалась из области, не являющейся зоной удержания.
Модель пристеночной и диверторной плазмы до конца не разработана. Это связано с отсутствием надежных экспериментальных данных о распределении плазменных параметров и нейтральных частиц в диверторной области и с обеих сторон от сепаратрисы, необходимых как для валидации теоретических моделей и численных кодов, так и для выяснения физических процессов в пристеночной плазме. Результаты экспериментов по исследованию режимов работы дивертора Глобус-М2 планируется сопоставить с результатами моделирования кодом SOLPS-ITER, разрабатываемого при активном участии группы теории и моделирования пристеночной плазмы Санкт-Петербургского Политехнического Университета Петра Великого. Сложность в одновременном измерении набора параметров, требуемых для описания процессов в пристеночной плазме, связана в первую очередь cо сложностью доступа для диагностик, измеряющих локальные значения параметров плазмы и относительно низкой для токамаков температурой плазмы диверторной области. Для интерпретации процессов, происходящих в диверторной плазме, данные по концентрации и температуре электронного компонента (томсоновское рассеяние) необходимо подкреплять данными пассивной спектроскопии, предоставляющей информацию по ионному и нейтральному компоненту, о нагрузках на диверторные пластины, измеренных с использованием инфракрасной видео камеры и распределения по объему радиационных потерь, измеряемых с помощью матричного болометра. Для интерпретации экспериментальных сигналов лазерной спектроскопии нейтрального водорода и динамики изменения сигналов при воздействии лазерного излучения будет разработана динамическая столкновительно-излучательная модель, описывающая атомарные процессы заселения / опустошения населённостей возбуждённых состояний атома под воздействием частиц окружающей плазмы, а также лазерного излучения.
