Topology of superbanana orbits in tokamaks with tf ripples

The topology of banana guiding center orbits of fast ions in tokamaks with toroidal field (TF) ripples is considered. Analytical expressions determining the stagnation orbits and boundaries of regions with the closed orbits in the phase space are derived. Thoroughly studied is the modification of the topology of superbanana orbits due to the variation of the TF ripple magnitude . Contour plots of the adiabatic invariant of banana guiding center motion are presented for different values of . A comparison of the results of semi-analytical consideration and graphical interpretation of the adiabatic invariant is provided. Рассматривается топология орбит ведущих центров бананов в токамаках при наличии гофрировки тороидального поля (ТП). Получены аналитические выражения, определяющие координаты особых точек орбит и границы областей с замкнутыми орбитами в координатах фазового пространства. Проанализировано изменение топологии супербанановых орбит, вследствие варьирования амплитуды гофров ТП. Построены линии равного уровня адиабатического инварианта движения ведущего центра банана для различных значений амплитуды гофрировки ТП. Проведено сравнение результатов квазианалитического рассмотрения и графического представления адиабатического инварианта. Досліджується топологія орбіт ведучих центрів бананів у токамаках з гофруванням тороїдального поля (ТП). Отримано аналітичні вирази для координат особливих точок орбіт та границі областей із замкненими орбітами у координатах фазового простору. Проаналізовано зміну топології супербанннових орбіт внаслідок варіювання амплітуди гофрування ТП. Побудовано лінії рівного значення адіабатичного інваріанту руху ведучого центру банана для різних значень амплітуди гофрування ТП. Проведено порівняння результатів квазіаналітичного розгляду та графічного представлення адіабатичного інваріанта

The fusion product losses due to resonant magnetic perturbations in toroidal plasmas

The suppression of edge-localized modes (ELMs) by means of the externally applied resonant magnetic field perturbations (RMPs) and its effect on plasma transport is investigated actively on modern tokamaks. In present paper the modification of loss rates of fusion born alpha particles caused by application of RMPs in tokamak plasma is examined. This study has been performed by means of test-particle simulations. To simplify calculations we use magnetic field model with circular magnetic surfaces. The transport properties of alpha particles are investigated during 3 seconds time interval by tracing the test-particle ensemble. Each particle trajectory is calculated by means of integration of full orbit equations. Three regimes of particle losses are identified during the evolution of the particle ensemble. The formation of magnetic islands together with the stochastic magnetic layers at the plasma edge is the natural consequence of RMPs excitation. It is demonstrated that due to the formation of these resonant magnetic field structures the irregularities of energetic alpha particle orbits occur, and hence the substantial increasing of the losses from the plasma periphery is observed. RMPs slightly affect the first orbit losses of fusion alphas. Подавление гранично-локализованных мод (ELMs) внешними резонансными магнитными возмущениями (RMPs) и их влияние на перенос плазмы активно изучается на современных токамаках. В работе рассматривается изменение скорости потерь термоядерных альфа частиц при наличии RMPs в токамаках. Данное исследование проведено в одночастичном приближении. Для упрощения вычислений в работе используется модель магнитного поля с круглыми магнитными поверхностями. Свойства переноса альфа частиц изучаются путем моделирования движения ансамбля пробных частиц в течение 3 секунд. Траектория каждой частицы рассчитывалась на основании уравнения полной орбиты. При исследовании эволюции ансамбля частиц были выделены 3 режима потерь. Образование магнитных островов со стохастическими слоями на периферии плазмы является естественным следствием использование RMPs. Показано, что образование этих резонансных структур в топологии магнитного поля приводит к нерегулярному поведению орбит энергичных альфа частиц, и, следовательно, наблюдается существенное увеличение потерь этих частиц. RMPs слабо влияют на потери альфа частиц на первой орбите. Послаблення гранично-локалізованих мод (ELMs) зовнішніми резонансними магнітними збуреннями (RMPs) та їх вплив на транспорт плазми активно вивчається на сучасних токамаках. В роботі розглядається зміна швидкості втрат термоядерних альфа частинок за наявності RMPs у токамаках. Дане дослідження проведено в одночастинковому наближенні. Для спрощення розрахунків у роботі використовується модель магнітного поля з круглими магнітними поверхнями. Властивості транспорту альфа частинок вивчаються шляхом моделювання руху ансамблю пробних частинок протягом 3 секунд. Траєкторія кожної частинки розраховувалася на основі рівняння повної орбіти. При дослідженні еволюції ансамблю частинок були виділені 3 режими втрат. Утворення магнітних островів зі стохастичними шарами на периферії плазми є природнім наслідком використання RMPs. Показано, що утворення цих резонансних структур у топології магнітного поля призводить до нерегулярної поведінки орбіт енергійних альфа частинок, і, як наслідок, спостерігається значне підвищення втрат цих частинок. RMPs слабо впливають на втрати альфа частинок на першій орбіті

Single particle simulation in the vicinity of separatrix under tokamak X-point sweeping

The removal efficiency of the divertor X-point sweeping regimes is considered on the base of the numerical simulation of the tungsten ion motion in the gyroorbit approximation. The dependence of the loss particle fraction from the kinetic energy and initial position is studied. The results of the analysis show that the appropriate choice of the modulation law of the divertor current gives an opportunity to decrease heat load of the plasma facing components.Ефективність різних режимів розгойдування Х-точки розглянуто на основі результатів моделювання руху іону вольфраму при врахуванні кінцевої величини радіуса Ларморівської орбіти. Вивчено залежність долі втрачених частинок від кінетичної енергії та початкового положення. Результати аналізу вказують на те, що при належному виборі закону модуляції струму в диверторних провідниках можливо зменшити теплове навантаження на матеріальну частину дивертора.Эффективность различных режимов раскачивания Х-точки рассмотрена на основании результатов моделирования движения иона вольфрама при учёте конечного радиуса Ларморовcкой орбиты. Изучена зависимость доли потерянных частиц от кинетической энергии и начального положения. Результаты анализа показывают, что при правильном выборе закона модуляции тока в диверторных проводниках возможно уменьшить тепловую нагрузку на материальную часть дивертора

First orbit losses of charged fusion products in tokamak: flux calculation

Technique of calculation the pitch-angle, energy and poloidal distributions of the flux of charged fusion products (CFPs) lost to the first wall of axisymmetric tokamak due to first orbit (FO) loss mechanism is developed. This technique extends the approach for evaluation the poloidal distributions of FO loss of CFPs in tokamaks proposed by [Kolesnichenko Ya.I. et al. Sov. J. Plasma Phys 2 (1976) 506]. The upgraded technique enables to calculate distributions of lost fast ions in wide class of tokamak magnetic configurations. Analytical model of the magnetic field used in this study [Yavorskij V.A. et al. Plasma Phys. Control. Fusion 43 (2001) 249] takes into account Shafranov shift, elongation, triangularity and up-down asymmetry. Usage of the drift constant of motion space allows substantial reducing the computational efforts for simulation the lost particles flux at a given point of the first wall. The developed approach is useful for simulation the pitch-angle and energy distributions of fast ions lost to the scintillator detector [Zweben S.J. et al. Nucl.Fusion 30 (1990) 1551] in present-day tokamaks [Kiptily V.G. et al. Nucl.Fusion 49 (2009) 065030] as well as for calculation of the CFP fluxes to the plasma-facing wall in future tokamak-reactors. Разработан метод для расчета распределений по питч-углу, энергии и полоидальному углу потока заряженных продуктов синтеза (ЗПС), теряемых на первой стенке осесимметричного токамака вследствие мгновенных потерь (МП). Этот метод расширяет подход для расчета полоидального распределения МП ЗПС в токамаках, который был предложен в [Kolesnichenko Ya.I. et al. Sov. J. Plasma Phys 2 (1976) 506]. Усовершенствованный метод позволяет рассчитывать распределений теряемых быстрых ионов для широкого класса магнитных конфигураций токамаков. Используемая в этом исследовании аналитическая модель магнитного поля учитывает шафрановский сдвиг, эллиптичность, треугольность и асимметрию «верх-низ» [Yavorskij V.A. et al. Plasma Phys. Control. Fusion 43 (2001) 249]. Использование пространства инвариантов движения дает возможность значительно уменьшить вычислительные усилия при моделировании потока теряемых частиц в заданную точку на первой стенке. Разработанный подход полезен для моделирования распределения по питч-углу и энергии теряемых быстрых ионов, которые попадают в сцинтилляционный детектор [Zweben S.J. et al. Nucl.Fusion 30 (1990) 1551] в современных токамаках [Kiptily V.G. et al. Nucl.Fusion 49 (2009) 065030], а также рассчитывать потоки ЗПС на первую стенку в будущих токамаках реакторах. Розроблено метод обчислення розподілів по пітч-куту, енергії та полоїдного куту потоку заряджених продуктів синтезу, які втрачаються на першій стінці осесиметричного токамака внаслідок миттєвих втрат (МВ). Цей метод розширює підхід для обчислення полоїдного розподілу МВ ЗПС в токамаках, який був запропонований в [Kolesnichenko Ya.I. et al. Sov. J. Plasma Phys 2 (1976) 506]. Покращений метод дозволяє розраховувати розподіли швидких іонів, що втрачаються, для широкого класу магнітних конфігурацій токамаків. Аналітична модель магнітного поля, яка використовується в цьому дослідженні, враховує шафранівський зсув, еліптичність, трикутність та асиметрію «верх-низ» [Yavorskij V.A. et al. Plasma Phys. Control. Fusion 43 (2001) 249]. Використання простору інваріантів руху дає можливість значно зменшити обчислювальні зусилля при моделюванні потоку частинок, що втрачаються, в заданій точці на першій стінці. Розроблений підхід є корисним для моделювання розподілу за пітч-кутами та енергіями швидких іонів, що втрачаються, та досягають сцинтиляційного детектора [Zweben S.J. et al. Nucl.Fusion 30 (1990) 1551] у сучасних токамаках [Kiptily V.G. et al. Nucl.Fusion 49 (2009) 065030], а також обчислювати потоки ЗПС на першу стінку в майбутніх токамаках-реакторах

Energy and particle fluxes in presence of RMP in axissymetric 2D tokamak plasmas

The magnetic field model of the original IFOSIT code was improved by the analytical model of the magnetic field, which takes into account Shafranov shift, elongation, triangularity and up-down asymmetry. The spatial and velocity dependence of the CFP source can be taken into account in the renewed code. New options are employed in renewed IFOSIT: calculation of energy and particle fluxes, calculation of the spatial and velocity distributions of lost and confined particles and time evolution of these distributions.Модель магнитного поля в коде IFOSIT была расширена при помощи аналитической модели магнитного поля, которая учитывает шафрановский сдвиг, эллиптичность, треугольность и асимметрию «верх-низ». В обновленном коде теперь учитывается форма профиля источника заряженных продуктов синтеза как в реальном пространстве, так и в пространстве скоростей. В новой версии кода IFOSIT реализованы новые возможности: вычисление потоков энергии и частиц, расчет распределений теряемых и удерживаемых частиц в реальном и скоростном пространствах и эволюция этих распределений.Модель магнітного поля в коді IFOSIT була розширена за допомогою аналітичної моделі магнітного поля, яка враховує шафранівський зсув, еліптичність, трикутність та асиметрію «верх-низ». У оновленому коді тепер враховується форма профілю джерела заряджених продуктів синтезу як в реальному просторі, так і в просторі швидкостей. У новій версії коду IFOSIT реалізовані нові можливості: розрахунок потоків енергії та частинок; розрахунок розподілів у реальному та швидкісному просторах для частинок, які втрачаються, та тих, які утримуються, та еволюція цих розподілів

Energy and pitch-angle distribution of the prompt losses in tokamak with non-circular cross-section

Technique of calculation the pitch-angle, energy and poloidal distributions of the flux of charged fusion products lost to the first wall of axisymmetric tokamak due to first orbit loss mechanism is developed. Analytical model of the magnetic field used in this study takes into account Shafranov shift, elongation, triangularity and up-down asymmetry. Usage of the drift constant of motion space allows substantial reducing the computational efforts for simulation the lost particles flux at a given point of the first wall.Разработан метод для расчета распределений по питч-углу, энергии и полоидальному углу потока заряженных продуктов синтеза, теряемых на первой стенке осесимметричного токамака вследствие мгновенных потерь (МП). Используемая в этом исследовании аналитическая модель магнитного поля учитывает шафрановский сдвиг, эллиптичность, треугольность и асимметрию «верх-низ». Использование пространства инвариантов движения дает возможность значительно уменьшить вычислительные усилия при моделировании потока теряемых частиц в заданную точку на первой стенке.Розроблено метод обчислення розподілів по пітч-куту, енергії та полоїдальному куту потоку заряджених продуктів синтезу, які втрачаються на першій стінці осесиметричного токамака внаслідок миттєвих втрат (МВ). Аналітична модель магнітного поля, яка використовується в цьому дослідженні, враховує шафранівський зсув, еліптичність, трикутність та асиметрію «верх-низ». Використання простору інваріантів руху дає можливість значно зменшити обчислювальні зусилля при моделюванні потоку частинок, що втрачаються, в задану точку на першій стінці

The Potential Role of Migratory Birds in the Spread of Tick-borne Infections in Siberia and the Russian Far East

AbstractFrom 2006 to 2011, in the Tomsk region (south of Western Siberia), eight species of pathogens were detected in birds and the ticks feeding on them: Tick-borne encephalitis virus (TBEV), West Nile virus (WNV), Borrelia spp., Rickettsia spp., Bartonella spp., Anaplasma spp., Ehrlichia spp., and Babesia spp. The identification of a number of strains of viruses and bacterial genovariants related geographically with the Russian Far East, Eastern Siberia, China and Japan and confirms the possibility of the role of birds in the spread of pathogens in the direction of Western Siberia and back. Most of the species that breed and migrate in Western Siberia are of Eastern origin and mostly fly for wintering to South-East Asia. Among these species in our samples, Phylloscopus proregulus was a carrier of both TBEV and Bartonella spp.; Luscinia calliope were infected with both TBEV and Borrelia, while Tarsiger cyanurus were infected with WNV

The fusion product losses due to resonant magnetic perturbations in toroidal plasmas

The suppression of edge-localized modes (ELMs) by means of the externally applied resonant magnetic field perturbations (RMPs) and its effect on plasma transport is investigated actively on modern tokamaks. In present paper the modification of loss rates of fusion born alpha particles caused by application of RMPs in tokamak plasma is examined. This study has been performed by means of test-particle simulations. To simplify calculations we use magnetic field model with circular magnetic surfaces. The transport properties of alpha particles are investigated during 3 seconds time interval by tracing the test-particle ensemble. Each particle trajectory is calculated by means of integration of full orbit equations. Three regimes of particle losses are identified during the evolution of the particle ensemble. The formation of magnetic islands together with the stochastic magnetic layers at the plasma edge is the natural consequence of RMPs excitation. It is demonstrated that due to the formation of these resonant magnetic field structures the irregularities of energetic alpha particle orbits occur, and hence the substantial increasing of the losses from the plasma periphery is observed. RMPs slightly affect the first orbit losses of fusion alphas. Подавление гранично-локализованных мод (ELMs) внешними резонансными магнитными возмущениями (RMPs) и их влияние на перенос плазмы активно изучается на современных токамаках. В работе рассматривается изменение скорости потерь термоядерных альфа частиц при наличии RMPs в токамаках. Данное исследование проведено в одночастичном приближении. Для упрощения вычислений в работе используется модель магнитного поля с круглыми магнитными поверхностями. Свойства переноса альфа частиц изучаются путем моделирования движения ансамбля пробных частиц в течение 3 секунд. Траектория каждой частицы рассчитывалась на основании уравнения полной орбиты. При исследовании эволюции ансамбля частиц были выделены 3 режима потерь. Образование магнитных островов со стохастическими слоями на периферии плазмы является естественным следствием использование RMPs. Показано, что образование этих резонансных структур в топологии магнитного поля приводит к нерегулярному поведению орбит энергичных альфа частиц, и, следовательно, наблюдается существенное увеличение потерь этих частиц. RMPs слабо влияют на потери альфа частиц на первой орбите. Послаблення гранично-локалізованих мод (ELMs) зовнішніми резонансними магнітними збуреннями (RMPs) та їх вплив на транспорт плазми активно вивчається на сучасних токамаках. В роботі розглядається зміна швидкості втрат термоядерних альфа частинок за наявності RMPs у токамаках. Дане дослідження проведено в одночастинковому наближенні. Для спрощення розрахунків у роботі використовується модель магнітного поля з круглими магнітними поверхнями. Властивості транспорту альфа частинок вивчаються шляхом моделювання руху ансамблю пробних частинок протягом 3 секунд. Траєкторія кожної частинки розраховувалася на основі рівняння повної орбіти. При дослідженні еволюції ансамблю частинок були виділені 3 режими втрат. Утворення магнітних островів зі стохастичними шарами на периферії плазми є природнім наслідком використання RMPs. Показано, що утворення цих резонансних структур у топології магнітного поля призводить до нерегулярної поведінки орбіт енергійних альфа частинок, і, як наслідок, спостерігається значне підвищення втрат цих частинок. RMPs слабо впливають на втрати альфа частинок на першій орбіті