Научная тема: «МНОГОМАСШТАБНАЯ ИНВАРИАНТНОСТЬ ТУРБУЛЕНТНОСТИ ПРИСТЕНОЧНОЙ ПЛАЗМЫ В ТОКАМАКЕ»
Специальность: 01.04.08
Год: 2010
Отрасль науки: Физико-математические науки
Основные научные положения, сформулированные автором на основании проведенных исследований:
  1. Результаты исследования низкочастотной турбулентности пристеночной плазмы в токамаке Т-10. Показано, что турбулентные флуктуации характеризуются негауссовской функцией распределения, многомасштабностью, повышенными дальними корреляциями, это приводит к супердиффузии, т.е. аномально большому переносу плазмы поперек удерживающего магнитного поля.
  2. Обнаружение свойства многомасштабной инвариантности в пристеночной плазме токамаков Т-10, HYBTOK-II, JT-60U. Определение времен и количественных параметров многомасштабной инвариантности пристеночной плазмы. Установлено, что это свойство наблюдается также в пристеночной плазме термоядерных установок с иной, чем в токамаке, магнитной конфигурацией - стеллараторе LHD и линейной установке NAGDIS-II.
  3. Вывод о том, что краевая турбулентность плазмы в токамаках описывается лог-пуассоновской моделью турбулентности, которая рассматривает случайный анизотропный турбулентный каскад и с наибольшей общностью описывает свойство перемежаемости турбулентных сред. Применимость лог-пуассоновской модели для описания пристеночной турбулентности плазмы продемонстрирована для токамаков разного масштаба, с различной магнитной топологией (лимитерных и диверторного токамаков), а также для стелларатора и линейной установки.
  4. Описание свойств турбулентного каскада в пристеночной плазме токамака. Полученные экспериментальные данные о нелинейных свойствах скейлингов моментов (структурных функций) дают основание для описания пристеночной турбулентности как процесса со стохастическим анизотропным турбулентным каскадом.
  5. Скейлинг супердиффузионного переноса частиц поперек магнитного поля в турбулентной пристеночной плазме токамака.
  6. Обнаружение изменения фрактальной структуры турбулентности плазмы при воздействии электрических полей на плазму в экспериментах на токамаках ТФ-2, TEXTOR, CASTOR.
  7. Экспериментальное обнаружение частотно-избирательного локализованного в пространстве воздействия динамического эргодического дивертора на краевую турбулентность в токамаке HYBTOK-II.
  8. Теоретическое выражение для скейлинга структурных функций, полученное впервые в рамках лог-пуассоновской модели турбулентности в предположении квазиодномерных (нитевидных) диссипативных структур, формируемых в турбулентной плазме с сильным магнитным полем. Скейлинг апробирован и удовлетворительно объясняет экспериментальные данные токамака Т-10.
Список опубликованных работ
1. Будаев В.П. Супердиффузия и мультифрактальная статистика турбулентности замагниченной плазмы - В кн.: Пути Ученого. Е.П.Велихов / Под ред. В.П. Смирнова Москва, РНЦ «Курчатовский институт». – 2007. -С.64-76.

2. Будаев В.П. Стохастические модели структурной плазменной турбулентности - В кн.: Стохастические модели структурной плазменной турбулентности / Под ред. Королева В.Ю., Скворцовой Н.Н. М.: МГУ им. М.В. Ломоносова. Фак. выч. математики и кибернетики.–2003. –С.125-147.

3. Budaev V. P. Multi-fractal statistics of edge plasma turbulence in fusion devices. - In : Stochastic models of structural plasma turbulence / edited by V. Yu. Korolev and N.N. Skvortsova.VSP International Science Publishers. – 2006. – C.115-140.

4. Будаев В.П. Обобщенная масштабная инвариантность и лог-пуассоновская статистика турбулентности краевой плазмы в токамаке Т-10 // Физика плазмы. – 2008. – T. 34. N. 9. – C. 1–18.

5. Будаев В.П. Турбулентный транспорт и шир ЕхВ скорости в пристеночной плазме токамака ТФ-2 // Физика плазмы. – 1999. – T. 25. – C.668-674.

6. Будаев В.П. , Иванов Р.С. Определение фрактальных характеристик пристеночной турбулентности в токамаке ТФ-1 // Физика плазмы. – 1991. – T.17. – N.11. – C.1332 –1337.

7. Budaev V.P. Scaling properties of intermittent edge plasma turbulence // Physics Letters A. – 2009. – V.373 . – P. 856-861.

8. Budaev V.P., Takamura S., Ohno N. and Masuzaki S. Superdiffusion and multifractal statistics of edge plasma turbulence in fusion devices // Nuclear Fusion. – 2006. – V.46. – P.S181-S191.

9. Budaev V.P., Ohno N., Masuzaki S., Morisaki T., Komori A. and Takamura S. Extended self-similarity of intermittent turbulence in edge magnetized plasmas // Nuclear Fusion. – 2008. – V.48. – P. 024014.

10. Budaev V.P., Pankratov I.M., Takamura S., Ohno N., Takagi M., Matsuno H., Okamoto M. and Saha S.K. The effect of the rotating helical fields on the plasma edge in the HYBTOK-II Tokamak // Nuclear Fusion. – 2006 . – V.46. – P. S175-S180.

11. Budaev V., Kikuchi Y., Uesugi Y. and Takamura S. Effect of rotating helical magnetic field on the turbulence fractal structure and transport in the tokamak edge plasma // Nuclear Fusion. – 2004. – V.44. – P. S108-S117.

12. Budaev V. P., Savin S., Zelenyi L., Ohno N., Takamura S. and Amata E. Intermittency and extended self-similarity in space and fusion plasma: boundary effects // Plasma Phys. Control. Fusion. – 2008. – V. 50. – P. 074014. 13. Budaev V., Fuchs G., Ivanov R. and Samm U. Fractal dimensionality for different transport modes in the turbulent boundary of TEXTOR // Plasma Physics and Controlled Fusion. – 1993. – V.3. – P.429-437. 14. Budaev V.P. Turbulence in magnetized plasmas and financial markets: comparative study of multifractal statistics // Physica A. – 2004. – V.344. – P.299-307.

15. Budaev V.P. Radial electric field dynamics in the edge with ergodization in tokamak TF-2 // Czechoslovak Journal of Physics. – 1999. – V.49. – No.12. – P.113-118. 16. Budaev V.P. , Takamura S., Kikuchi Y., Uesugi Y. and Ohno N. Intermittent structures in the high field side boundary of the HYBTOK-II tokamak // Czechoslovak Journal of Physics. –2003. – V.53. – P. 863-868.

17. Ohno N., Masuzaki S., Miyoshi H., Takamura S., Budaev V. P., Morisaki T., Ohyabu N. and Komori A. Analysis on Relation Between Magnetic Structure and Bursty Fluctuation in SOL/Divertor Plasmas of LHD // Contrib. Plasma Phys. –2006. – V.46. – No. 7-9. – P. 692 – 697.

18. Budaev V., Kikuchi Y., Toyoda M., Uesugi Y.and Takamura S. Effect of rotating helical magnetic field on the turbulence fractal structure in the tokamak edge // Plasma Fusion Res. Ser. – 2002. – V.5. – P. 418-422.

19. Budaev V., Kikuchi Y., Toyoda M., Uesugi Y. and Takamura S. Effect of rotating helical magnetic field on the turbulence fractal structure and transport in the tokamak edge // Journal of Nuclear Materials. – 2003. – V. 331-316. – P. 1309-1313.

20. Kikuchi Y., Budaev V. P., Toyoda M., Uesugi Y., Takamura S. Control of Rotating Helical Magnetic Field Penetration into Tokamak Plasmas using Electrode Biasing in HYBTOK-II // Journal of Nuclear Materials. –2002. – V. 313-316. – P. 1272-1276.

21. Budaev V. P., Ohno N., Takamura S., Masuzaki S., Komori A., Morisaki T. Extended Self-Similarity in Edge Plasma Turbulence of Fusion Devices // Contrib. Plasma Phys. –2008. – V.48. – No. 1-3. – P.42-47.

22. Ohno N., Budaev V. P., Furuta K., Miyoshi H., Takamura S. Reconstruction of Velocity Distribution of Density Bursts by Wavelet Analysis in the Linear Divertor Simulator NAGDIS-II // Contrib. Plasma Phys. –2004. – V.44. – P. 222-227.

23. Будаев В.П., Химченко Л.Н. О фрактальной структуре осажденных пленок в токамаке // Журнал Экспериментальной и Теоретической Физики. – 2007. – T.131. – № 4. – C. 711-728.

24. Budaev V.P., Khimchenko L.N. Fractal growth of deposited films in tokamaks // Physica A. –2007. – V.382. – P. 359–377 .

25. Budaev V. P., Masuzaki S., Morisaki T., Ohno N., Asakura N., Takamura S., Yamada H.and Komori A. Scaling Laws of Intermittent Plasma Turbulence in Edge of Fusion Devices// Plasma and Fusion Research.–2008.–V.3.–P. S1019-6. 26. Zajac J., Budaev V.P., Dufkova E., Nanobashvili S., Weinzettl V. Multifractal analysis of tokamak plasma turbulence in biasing experiments on Castor tokamak // Czechoslovak Journal of Physics. – 2005. – V. 55. – No. 12. – P. 1615-1621.

27. Budaev V.P., Bogomolov L.M., Borovsky B.V., Ivanov R.S. Cross-field particle transport in the edge plasma of tokamak TF-1// Journal of Nuclear Materials. – 1990. – V.176 & 177. – P.705-710.

28. Budaev V.P., Ivanov R.S. Correlative properties of edge plasma turbulence in tokamak TV-1 // Journal of Nuclear Materials. – 1989. – V. 162-164. – P. 322-326. 29. Будаев В.П., Химченко Л.Н. Фрактальная нано- и микроструктура осажденных пленок в термоядерных установках // Вопросы атомной науки и техники. Серия Термоядерной синтез. –2008. – Вып.3. – С.34-61.

30. Savin S., Amata E., Zelenyi L., Budaev V., Consolini G., Treumann R., Lucek E., Safrankova J., Nemecek Z., Khotyaintsev Y., Andre M., Buechner J., Alleyne H., Song P., Blecki J., Rauch J.L., Romanov S., Klimov S., Skalsky A. High kinetic energy jets in the Earth´s magnetosheath: Implications for plasma dynamics and anomalous transport // Письма в ЖЭТФ. –2008. – T.87. – Вып 11. – С. 691-697.

31. Budaev V.P., Savin S.P., Zelenyi L. M., Takamura S., Ohno N., Shevyrev N. Intermittency in laboratory and space plasmas: comparative study of multifractal statistics // Proceedings 33rd European Physical Society Conference on Plasma Physics, Roma, Italy, June 19-23, 2006. P1-064.

32. Budaev V.P., Dufkova E., Nanobashvili S., Weinzettl V., Zajac J. Multifractal analysis of tokamak plasma turbulence in biasing experiments // 32nd EPS Conference on Plasma Phys. Tarragona, 27 June - 1 July 2005 ECA.- 2005.- Vol.29C.- P- 5.019 .

33. Будаев В.П. Лог-Пуассоновская модель турбулентности периферийной плазмы в термоядерных установках // Тезисы докладов XXXV Международной Звенигородской конференции по физике плазмы и УТС.11-15 февраля. 2008. С.12.

34. Budaev V.P., Grashin S.A., Kirnev G.S., Kuteev B.V., Kuznetsov Yu.K., Guimarães Filho Z.O., Nascimento I.C., Caldas I. L., Galvão R.M.O., Gryaznevich M.P., Van Oost G.The Characterization of Edge Plasma Intermittency in T-10 and TCABR Tokamaks // Proc. 34th EPS Conference on Plasma Phys. Warsaw, 2 - 6 July 2007 ECA Vol.31F, P-1.088.

35. Ohno N., Masuzaki S., Budaev V. P., Miyoshi H., Takamura S., Morisaki T., Ohyabu N. and Komori A. Bursty Fluctuation Characteristics in SOL/Divertor Plasmas of Large Helical Device // Proc. 21st IAEA Fusion Energy Conference, Chengdu, China. 2006. IAEA-CN-149/EX/P4-20.P1-9.

36. Budaev V.P., Takamura S., Ohno N. Waiting-Time Multifractal Statistics of Edge Plasma Turbulence in the T-10 Tokamak and NAGDIS-II Linear Device // Proc. 32nd EPS Conference on Plasma Phys. Tarragona, 27 June - 1 July. 2005. ECA. -V.29C,-P4-050.

37. Budaev V.P., Ohno N., Takamura S., Masuzaki S. Extended Self-Similarity in Edge Plasma Turbulence of Fusion Devices // Proc. 11th International Workshop on Plasma Edge Theory in Fusion Devices, Takayama, Japan, 2007.P37.

38. Budaev V.P. The log-Poisson model of edge plasma turbulence in fusion devices // Proc. 35th EPS Conference on Plasma Physics 10th International Workshop on Fast Ignition of Fusion Targets. Hersonissos, Greece. -2008 -P5.019.

39. Budaev V.P., Ivanov R. S. Turbulence -induced transport in tokamak TV-1 // Proc. 18th EPS Conf. on Controlled Fusion and Plasma Physics . Budapest. 1985. V9FP1. P.303.

40. Ohno N., Furuta K, Myoshi H, Takamura S., V.P. Budaev. Experimental observations and statistical analysis of density bursta in the linear divertor simulator NAGDIS-II // Proc. 30th EPS Conference on Contr. Fusion and Plasma Phys., St. Petersburg. 2003. ECA Vol. 27A, P-2.154.

41. Budaev V.P., Takamura S., Ohno N., Komori A., Masuzaki S., Kirnev G.S., Grashin S.A. Edge Plasma Turbulence in Fusion Devices:Bursty Behavior and Fractal Properties // Proc. 30th EPS Conference on Contr. Fusion and Plasma Phys. St. Petersburg. 2003. ECA Vol. 27A, P-3.174.

42.Будаев В.П., Вершков В.А., Грашин С.А., Кирнев Г.С., Солдатов С.В., Химченко Л.Н., Шелухин Д.А.Супердиффузия и фрактальная структура турбулентности в токамаке. // Тезисы докладов XXVIII Международной Звенигородской конференции по физике плазмы и УТС.19-23 февраля. 2001. С.1

43. Budaev V.P., V.A.Vershkov, Bogomolov L.M., Borovski B.V., Dreval V.V., Sychev V.N., Soldatov S.V. and Dementiev G.N. Stochastic structure of edge turbulence in tokamaks // Proc. 22nd European Physical Society Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics, Bornemouth. 1995. V 19c. PartI. P.I-277.

44. Budaev V.P., Ivanov R.S., Bogomolov L.M. Asymmetry of edge plasma turbulence in biasing experiments on tokamak TF-2 // Proceedings 21-st EPS Conf. Controlled Fusion and Plasma . Montpellier. 1994. V18B.Part1. P. I-170.

45. Budaev V.P. The EхB Velocity shear and turbulent transport in the edge of tokamak TF-2 // Proc. International Congress on Plasma Physics & 25th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics. Praha.1998. B009.

46. Budaev V.P. Poloidal dependence of the ExB shearing rate and turbulent transport in the edge of tokamak TF-2 // Proceedings of the Workshop on the role of electric fields in plasma confinement and exhaust. Prague.1998, P.121.

47. Budaev V.P., Takamura S., Kikuchi Y., Uesugi Y., Ohno N. Intermittent

structures in the high field side boundary of the HYBTOK-II tokamak // Proceedings of the Workshop Electric Fields, Structures and Relaxation in Edge Plasmas The Satellite Meeting of the 30th EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics St. Petersburg, Russia. 2003. P.863.

48. Budaev V.P., Pankratov I.M., Takamura S., Ohno N., Takagi M., Matsuno H., Okamoto M. and Saha S.K. Plasma Response on Penetration of External Rotating Helical Magnetic Field in HYBTOK-II Tokamak Edge Plasma.// Proc. 33rd EPS Conference on Plasma Phys. Rome.2006. ECA Vol.30I. P-4.109.

49. Budaev V. P., Kikuchi Y., Toyoda M., Uesugi Y., Takamura S. Effect of Rotating Helical Magnetic Field on the Turbulence Fractal Structure and Transport in the Tokamak Edge Plasma // Proc. 15th International Conference Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices. Gifu, Japan. 2002. P3-57.

50. Kikuchi Y., Budaev V. P., Uesugi Y., Toyoda M., Takamura S. Dynamic Behaviors of Tokamak Plasma Induced by Externally Rotating Helical Magnetic Field // Proceedings of 29th EPS Conference on Plasma Physics and Controlled Fusion. Montreux, Switzerland. 2002. -Vol. 26B. P. 5-071 .

51. Kikuchi Y., Budaev V. P., Toyoda M., Uesugi Y., Takamura S. Experimental Investigation of Rotating Helical Magnetic Field Penetration into Tokamak Plasmas on HYBTOK-II // Dynamic Ergodic Divertor Workshop, Juelich, Germany. Book of Abstarcts. 2002. P16.

52. Ohno N., Budaev V. P., Tanaka T., Kikuchi Y., Uesugi Y., Takamura S. Intermittency Studies in Magnetically Confined Plasma Devices // Proc.12th International Toki Conference on Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion. Toki, Japan 2001. PI-25 .

53. Kikuchi Y., Budaev V. P., Toyoda M., Uesugi Y., Takamura S. Change of Rotating Helical Field Penetration into Tokamak Plasmas due to Local Plasma Rotation // Proc. 12th International Toki Conference on Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion, Toki. 2001. PI-31 .

54. Kikuchi Y., Uesugi Y., Takamura S., Budaev V.P. Dynamic Responses of Tokamak Plasmas Induced by Externally Applied Rotating Helical Magnetic Field in Dynamic Ergodic Divertor // Proc. 44th APS Annual Meeting of the Division of Plasma Physics. Orlando. 2002. FP1-86.

55. Budaev V.P., Takamura S., Kikuchi Y., Uesugi Y., Ohno N. Intermittent Structures in the High Field Side Boundary of the HYBTOK-II Tokamak // Proceedings of 30th EPS Conference on Contr. Fusion and Plasma Phys., St. Petersburg, 7-11 July 2003. -2003. ECA Vol. 27A, - P-3.173.