Search

TJ-II stellarator by HIBP diagnostics has been performed. The following similar features of potential were found: the scale of several hundred Volts; the negative sign for densities ne>1×10¹⁹ m⁻³ and comparable values in spite of the different heating methods. When ne or tE rises, the potential evolves to negative values. During ECR heating and associated Te rise, tE degrades and the potential evolves to positive direction. Oscillations of potential and density in the range of Geodesic Acoustic Modes in T-10 and Alfvén Eigenmodes in TJ-II were observed. На токамаці Т-10 і стелараторі TJ-II за допомогою пучка важких іонів в порівняних режимах досліджувалася поведінка потенціалу та його флуктуацій. Виявлені спільні властивості потенціалу: масштаб близько сотен вольт;негативний знак при щільності ne>1×10¹⁹ m⁻³ і порівнянні значення, незважаючи на різні методи нагріву. Коли n_е або t_Е зростають, потенціал зростае у негативну область. При ЕЦР-нагріві і відповідному рості Te, t_Е погіршується, і потенціал змінюється у позитивний бік. Спостерігається коливання потенціалу в діапазоні геодезичних акустичних мод у Т-10 та альфвеновських власних мод у TJ-II На токамаке Т-10 и стеллараторе TJ-II с помощью пучка тяжелых ионов в сравнимых режимах исследовалось поведение потенциала и его флуктуаций. Обнаружены общие свойства потенциала: масштаб порядка сотен вольт; отрицательный знак при плотностях n_е>1×10¹⁹ m⁻³ и сравнимые значения, несмотря на разные методы нагрева. Когда n_е или t_Е растут, потенциал растет в отрицательную область. При ЭЦР-нагреве и соответствующем росте Te, t_Е ухудшается, и потенциал меняется в положительную сторону. Наблюдались колебания потенциала в диапазоне геодезических акустических мод в Т-10 и альфвеновских собственных мод в TJ-II

Three techniques for particle diagnostics of magnetically confined fusion plasmas are reviewed: charge exchange neutral particle analysis, Rutherford scattering, and heavy ion beam probes. The physical basis and instrumentation for each technique are described Typical examples obtained by these diagnostics are presented Charge exchange analysis is used for ion temperature measurements in small- and medium-sized plasma devices and for the study of the ion energy distribution function, especially in the suprathermal energy range. It also provides an ion isotope composition determination that is a high-priority task for ITER. Rutherford scattering enables local measurements of the ion temperature as well as measurements of the ion collective velocity. The heavy ion beam probe diagnostic gives a unique opportunity to measure locally the electric plasma potential and, by that, the electric field profile in a plasma and its influence on confinement. Other significant options of this diagnostic are the measurements of the local electron density and fluctuations in these quantities. Prospects for the application of the various techniques to ITER are discussed.

An extensive (INTAS) research programme started in 2002 to investigate the correlations between on the one hand the occurrence of transport barriers and improved confinement in the medium-size tokamaks TEXTOR and T-10 and on the smaller tokamaks FT-2, TUMAN-3M and CASTOR, and on the other hand electric fields, modified magnetic shear and electrostatic and magnetic turbulence using advanced diagnostics with high spatial and temporal resolution and of various active means to externally control plasma transport . This has been done in a strongly coordinated way and exploiting the complementarity of TEXTOR and T-10 and the backup potential of the three other tokamaks, which together have all the relevant experimental tools and theoretical expertise.

The applicability of the HIBP for stellarator WEGA is described in this article. It is possible to use such diagnostics for local plasma parameters measurement. Calculations of probing Na + beam trajectories were done for WEGA magnetic configuration with B0 = 0.5 T. The trajectory optimization aiming for the maximal plasma observation was done for chosen entrance and exit port combination. The calculation showsthat HIBPallows getting radial profiles of plasma parameters. The detector line of equal entrance angle connects the central area and the edge of the plasma column for beam energy E =30-60 keV. The detector line of equal energy E = 40 keV allowsto obtain series of radial profiles during single shot by changing of the beam entrance angle with the scan of control voltage. У статті описана можливість застосування HIBP діагностики для стеларатора WEGA. Можливе застосування цієї діагностики для локального вимірювання параметрів плазми. Проведені розрахунки траєкторій пучка іонів натрію для магнітної конфігурації WEGA з Bo = 0.5 T. Проведено оптимізацію траєкторій з метою одержання максимально можливої області спостерігання плазми для даної комбінації вхідного та вихідного портів. Розрахунки показують можливість одержання радіальних профілів параметрів плазми за допомогою HIBP діагностики. Детекторна лінія для постійного кута входу торкается центральної області та периферії плазми при енергії пучка E =30-60 keV. Детекторна лінія для постійної енергії E = 40 keV дозволяє одержати серію радіальних профілів за один постріл при зміні вхідного кута за допомогою сканування пучка керуючою напругою. В статье описана возможность применения HIBP диагностики для стелларатора WEGA. Возможно применения этой диагностики для локальных измерений параметров плазмы. Проведены расчеты траекторий пучка ионов натрия для магнитной конфигурации WEGA с Bo = 0.5 T. Проведена оптимизация траекторий с целью получения максимально возможной области наблюдения плазмы при данной комбинации входного и выходного портов. Расчеты показывают возможность получения радиальных профилей параметров плазмы с помощью HIBP диагностики. Детекторная линия для постоянного угла входа касается центральной области и периферии плазмы при энергии пучка E =30-60 keV. Детекторная линия для постоянной энергии E = 40 keV позволяет получить серию радиальных профилей за один разряд при изменении входного угла с помощью сканирования пучка управляющим напряжением.

Features of heavy ion beam probe application to stellarator-like devices have been connected with specific stellarator characteristics: zero (negligible) plasma current, relatively high poloidal and stray magnetic fields, toroidal asymmetry of magnetic surfaces and various operational regimes connected with different magnetic configurations. This paper shows how to decrease the errors in HIBP measurements due to these disadvantages. Absence of the plasma current in stellaratorlike devices gives possibility to make secondary ion beam energy analyzer calibration in situ in each plasma shot. This advantage improves accuracy of plasma potential measurements by HIBP diagnostic on TJ-II stellarator. Можливості застосування діагностики плазми за допомогою пучка важких іонів у пристроях стеллараторного типу зв’язанізі специфічними характеристиками стеллараторів: практично нульовий струм плазми, відносно високізначення полоідальних і розсіяних магнітних полів, тороідальна асиметрія магнітних поверхонь; і різними режимами роботи з різними магнітними конфігураціями. Показано, як можна знизити рівень похибок НІВР вимірювань, зв’язаних з цими несприятливими умовами. Відсутність струму плазми у пристроях стеллараторного типу дає можливість проводити калібровку аналізатора енергій вторинного пучка іонів у кожному плазмовому розряді. Це дозволяє збільшити точність вимірювань потенціалу плазми за допомогою пучка важких іонів на стеллараторі TJ-II. Возможности применения диагностики плазмы с помощью пучка тяжелых ионов в установках стеллараторного типа связаны со специфическими характеристиками стеллараторов: практически нулевой ток плазмы, относительно высокие значения полоидальных и рассеянных магнитных полей, тороидальная ассиметрия магнитных поверхностей; и различными режимами работы с разными магнитными конфигурациями. Показано, как можно снизить уровень ошибок HIBP измерений, вызванных этими неблагоприятными условиями. Отсутствие тока плазмы в установках стеллаторного типа дает возможность проводить калибровку анализатора энергий вторичного пучка ионов непосредственно в каждом плазменном разряде. Это позволяет увеличить точность измерения потенциала плазмы с помощью пучка тяжелых ионов на стеллараторе TJ-II.

The Heavy Ion Beam Probe (HIBP) diagnostic is known as a unique tool for the direct plasma electric potential measurements. It gives also information on plasma density, temperature and current profile. The method is based on the injection of single charged ion beam into the plasma and the registration of the double charged particles born due to collisions with the plasma electrons. The area of the ionization in plasma is the sample volume of the plasma potential measurements. The position and the size of the sample volume are determined by the calculation of the trajectories of the probing particles. Three schemes have been analysed: Cs⁺, Tl⁺ ion and neutral injection for TCABR parameters: B0 = 1.5 T, Ipl = 135 kA. The calculations show that ion probing allows getting radial profiles of TCABR plasma parameters with the injection angle fast scan system. In all cases of ion beam injection we must use a curved beam line for ion beam transportation from last  steering plates towards upper port. The primary ion beam injector must be situated out of high magnetic field area and its length is about 1.5m. The energy range (less than 100 keV for Cs⁺, or Tl⁺) allows using compact and cheap ion gun equipmen Система зондування плазми пучком важких іонів відома як унікальний інструмент для прямих вимірювань потенціалу плазми. Вона також дозволяє одержувати інформацію про густину плазми, температуру і профіль току. Метод заснований на інжекції пучка однозарядних іонів у плазму та реєстрації двозарядних часток, утворених у результаті зіткнень з електронами плазми. Область іонізації у плазмі визначає елементарний об’єм, у якому здійснюється вимірювання потенціалу плазми. Положення і розмір елементарного об’єму визначається за допомогою розрахунків траєкторій зондуючих часток. Проаналізовано три варіанти: інжекція іонів Cs⁺, Tl⁺ та нейтральних атомів для параметрів TCABR: B0 = 1.5 T, Ipl = 135 кA. Розрахунки показують можливість одержання профілів параметрів плазми TCABR за допомогою системи швидкого сканування по кутам інжекції іонного пучка. У всіх випадках інжекції іонного пучка необхідно застосування вигнутого іонопроводу для транспортування іонного пучка від вихідних відхиляючих  пластин до порту токамака. Інжектор первинного іонного пучка повинен бути розташований поза областю сильного магнітного поля , а його довжина буде біля 1,5 м. Енергія іонного пучка (біля 100 кеВ для Cs⁺ або Tl⁺) дозволяє застосувати компактний и дешевий іонний інжектор. Система зондирования плазмы пучком тяжелых ионов известна как уникальный инструмент для прямых измерений потенциала плазмы. Она так же позволяет получать информацию о плотности плазмы, температуре и профиле тока. Метод основан на инжекции пучка однозарядных ионов в плазму и регистрации двухзарядных частиц, образующихся в результате столкновений с электронами плазмы. Область ионизации в плазме определяет элементарный объем, в котором происходит измерение потенциала плазмы. Положение и размер элементарного объема определяются с помощью расчета траекторий зондирующих частиц. Проанализировано три варианта: инжекция ионов Cs⁺, Tl⁺ и нейтральных атомов для параметров TCABR: B0 = 1.5 T, Ipl = 135 kA. Расчеты показывают возможность получения профилей параметров плазмы TCABR с помощью системы быстрого сканирования по углу инжекции ионного пучка. Во всех случаях инжекции ионного пучка необходимо использование изогнутого ионопровода для транспортировки ионного пучка от выходных отклоняющих  пластин до порта токамака. Инжектор первичного ионного пучка должен быть расположен вне области сильного магнитного поля , а его длина составит около 1,5 м. Энергия ионного пучка (около 100 кэВ для Cs⁺ или Tl⁺) позволяет использовать компактный и дешевый ионный инжектор.