Search

A new antenna of the crankshaft type is successfully employed in experiments on Uragan-2M. It creates and heats plasma at frequencies below the ion-cyclotron frequency. The discharge created with the antenna is “hot” during few milliseconds and then fades under strong impurity influx into plasma. The radial profiles of OV and CV optical emissions are investigated. Both are concave, especially the OV profile. This can be explained by some burnout of O4+ andC4+ ions and its transition to O5+ and C5+ ionization states near the magnetic axis. The magnetic field optimisation and the Alfv´en heating allowed burning-out the light impurities prior to the discharge degradation. The experiments in support of the fusion-fission stellarator reactor concept are also carried out. The stellarator-mirror machine is modeled by switching off a toroidal field coil at Uragan-2M. The embedded mirror with lower magnetic field is created in this way. Plasma is successfully produced and heated in such a combined magnetic trap., Нова антена колiнвального типу успiшно застосовується в експериментах на Ураганi-2М. Вона створює та нагрiває плазму на частотах, нижчих за iонно-циклотронну частоту. Антена створює “гарячий” розряд лише на декiлька мiлiсекунд, який згасає разом з сильним потоком домiшок у плазму. Дослiджено радiальнi профiлi оптичного випромiнювання OV та CV. Обидва профiлi впалi, особливо профiль OV. Це може бути пояснено вигорянням iонiв O4+ i C4+ та їхнiм переходом до станiв iонiзацiї O5+ i C5+ поблизу магнiтної осi. Оптимiзацiя магнiтного поля й альфвенiвський нагрiв дозволили досягти вигоряння легких домiшок до початку деградацiї розряду. Було проведено експерименти щодо пiдтримки концепцiї гiбридного реактора на основi стеларатора. Стелараторно-пробкотронний гiбрид моделюється вимкненням однiєї котушки тороїдального поля Урагана-2М. Таким чином створюється вбудований пробкотрон зi зниженим магнiтним полем. Плазма успiшно створюється та утримується в такiй комбiнованiй пастцi.

In this work the results of amplification of the runaway electrons flow and interaction runaway electrons with RF-heating wave on the Uragan-3M torsatron are presented. Results described in the article confirm using runaway electrons for gas breakdown. The results allow making some recommendations for using of self-created flows of accelerated particles for stimulation of gas breakdown. Наведено результати експериментальних досліджень щодо посилення потоку утікаючих електронів, а також взаємодії потоку утікаючих електронів з електромагнітним полем хвилі, що збуджується високочастотним імпульсом у торсатроні Ураган-3М. Отримані результати підтверджують можливість пробою газу утікаючими електронами. Це дозволяє представити ряд рекомендацій по використанню потоків прискорених частинок для стимуляції високочастотного пробою. Приведены результаты экспериментальных исследований по усилению потока убегающих электронов, а также взаимодействию потока убегающих электронов с электромагнитным полем волны, возбуждаемой высокочастотным импульсом в торсатроне Ураган-3М. Полученные результаты подтверждают возможность пробоя газа убегающими электронами. Это позволяет представить ряд рекомендаций по использованию самопроизвольно формирующихся потоков ускоренных частиц для стимуляции высокочастотного пробоя.

In the l=3/m=9 Uragan-3M (U-3M) torsatron a hydrogen plasma is produced and heated by RF fields in the Alfvén range of frequencies (ω≤ωci). Peripheral plasma is investigated using two moveable Langmuir probes. Spatial distributions of plasma parameters, Vf, Te and ne in two operating regimes and in three cross-sections are measured. Link between confinement volume and transition layer is shown. RF electric antenna field influence on the probes is discussed. В торсатроне Ураган-3М (У-3М) водородная плазма создается и нагревается ВЧ-полями в области альфвеновских частот (ω≤ωci). Периферийная плазма исследована с помощью двух подвижных ленгмюровских зондов. Пространственные распределения параметров плазмы (Vf, Te и ne) были измерены в двух режимах работы установки в трех полоидальных сечениях. Показано существование связи между областью удержания и переходным слоем. Обсуждается влияние ВЧ-электрического поля антенны на зонд. У торсатроні Ураган-3М (У-3М) воднева плазма створюється та нагрівається ВЧ-полями в області альфвенівських частот (ω≤ωci). Периферійна плазма досліджена за допомогою двох рухомих ленгмюровських зондів. Просторові розподіли параметрів плазми (Vf, Te та ne) були виміряні в двох режимах роботи установки в трьох полоїдальних перерізах. Показано існування зв'язку між областю утримання та перехідним шаром. Обговорюється вплив ВЧ-електричного поля антени на зонд.

The microwave radiometry is a well-known diagnostics to obtain the information on temporal evolution and radial profile of the electron temperature at U-3M torsatron plasma experiments. However, under low plasma density with this diagnostics we report on the large production of runaway electrons after RF heating pulse off. We notice a gradually increasing of the radiometer signal at the frequencies that match the second and third harmonics of electron cyclotron emission of the extraordinary mode. This effect could be explained with the existence of the “runaway” electrons in U-3M discharge. A phenomenological description of this process is presented, where the time evolution of the ECE radiation signal is compared to the electron density evolution. Микроволновая радиометрия является хорошо известной диагностикой для получения информации о временной эволюции и виде радиального профиля температуры электронов во время плазменных экспериментов на торсатроне У-3М. Тем не менее, в случае низкоплотной плазмы при помощи этой диагностики наблюдается появление значительного числа «убегающих» электронов после отключения импульса высокочастотного нагрева. Замечено постепенное увеличение сигнала радиометра на частотах, которые соответствуют второй и третьей гармоникам электронной циклотронной эмиссии необыкновенной волны. Этот эффект можно объяснить существованием «убегающих» электронов в разряде У-3М. Представлено феноменологическое описание этого процесса, где временная эволюция сигнала излучения ECE сравнивается с эволюцией плотности электронов. Мікрохвильова радіометрія є добре відомою діагностикою, для отримання інформації про тимчасову еволюцію та вигляд радіального профілю температури електронів під час плазмових експериментів на торсатроні У-3М. Тим не менш, у випадку низькощільної плазми за допомогою цієї діагностики спостерігається поява значного числа «тікаючих» електронів після відключення імпульсу високочастотного нагріву. Помічено поступове збільшення сигналу радіометра на частотах, які відповідають другій і третій гармонікам електронної циклотронної емісії незвичайної хвилі. Цей ефект можна пояснити існуванням «тікаючих» електронів у розряді У-3М. Представлено феноменологічний опис цього процесу, де тимчасова еволюція сигналу випромінювання ECE порівнюється з еволюцією щільності електронів.

In order to reduce flux of neutrals into the plasma confinement volume, discharge start-up scenario maintained by impulse gas puffing (GP) has been proposed. Absence of constant working gas feeding in this scenario opens a possibility to reduce working gas pressure in the U-3M vacuum vessel. It was shown that the time of entire vessel filling after sharp gas puffing pulse is about 10…20 ms. In discharges with 5…6 kV on the RF generators and proposed start-up scenario, a delay between GP pulse and plasma creation was shorter than the chamber filling time. The same level of the electron density has been achieved in the discharge under consideration and conventional 5…6 kV discharge maintained by the constant gas feeding only. The Hα emission waveform in the considered discharges is similar to its waveforms in the conventional devices where the sizes of vacuum chamber and plasma are close each other. Для того, чтобы уменьшить поток нейтралов в объем удержания плазмы, был предложен сценарий разряда У-3М, поддерживаемого импульсным напуском газа. Отсутствие постоянной подачи газа в этом сценарии позволяет уменьшить давление рабочего газа в вакуумной камере У-3М. Было показано, что время заполнения вакуумной камеры У-3М после резкого импульса напуска газа составляет около 10...20 мс. В разрядах с 5...6 кВ на ВЧ-генераторах в режиме предложенного сценария напуска газа задержка между импульсом напуска и созданием плазмы была короче времени заполнения камеры. Тот же уровень плотности электронов был достигнут в рассматриваемом разряде и обычном 5...6 кВ разряде, поддерживаемом только постоянной подачей газа. Форма временной зависимости эмиссии линии Hα в рассматриваемых разрядах похожа на форму этой зависимости в обычных установках, в которых размеры плазмы и камеры близки друг к другу. Для того, щоб зменшити потік нейтралів в об’єм утримання плазми, був запропонований сценарій розряду У-3М, що підтримується імпульсним напуском газу. Відсутність постійної подачі газу в цьому сценарії дозволяє зменшити тиск робочого газу у вакуумній камері У-3М. Було показано, що час заповнення вакуумної камери У-3М після різкого імпульсу напуску газу становить близько 10...20 мс. У розрядах з 5...6 кВ на ВЧ-генераторах у режимі запропонованого сценарію напуску газу затримка між імпульсом напуску і створенням плазми була коротшою ніж час заповнення камери. Той же рівень густини електронів був досягнутий в розглянутому розряді і звичайному 5...6 кВ розряді, що підтримується тільки постійною подачею газу. Форма часової залежності емісії лінії Hα в розглянутих розрядах схожа на форму цієї залежності в звичайних установках, в яких розміри плазми і камери близькі один до одного.