System of spectrally pure hydrogen inflow for Uragan-3M torsatron

The used today system of hydrogen inflow into Uragan-3M torsatron (U-3M) vacuum chamber does not provide the needed purity of hydrogen during plasma experiments. In view of this, the simple construction of a diffusion Pdmembrane module system for spectrally pure hydrogen inflow was suggested and simulation experiments with experimental module were carried out. The tests on the special stand and in the U-3M vacuum vessel have showed such performances of the experimental module at T = 650°C and 1 at. hydrogen pressure: power for heating is ≈200 watt, hydrogen flow through membrane Q ≈ 1 Torr.l/s (specific hydrogen flow through membrane q ≈ 5.10-2 Torr.l/s.cm2). The preliminary results obtained in this work have given the possibility to start the work design and construction of the system for inflow of spectrally pure hydrogen for the U-3M torsatron. Some details of this system are presented

Test of pure hydrogen inflow system during dischare cleaning and work regimes of the Uragan-3M torsatron

The tests of the pure hydrogen inflow system had been carried out during pulsed discharge cleaning and work regimes of the Uragan-3M torsatron. It had been shown that the inflow system provides required steady flows of hydrogen over the pressure range from 5x10⁻⁷ Torr to 10⁻⁴ Torr. The special cyclic procedures of membrane heating and pumping to provide the long life time of membranes, and required reliability and stable flow are described.Проведено іспити системи напуску чистого водню в робочому режимі й у режимі чищення високочастотними імпульсами торсатрону Ураган-3М. Показано, що система напуску забезпечує необхідні потоки в діапазоні тисків 5x10⁻⁷ – 10-⁻⁴ Торр. Для забезпечення необхідної надійності, тривалості терміну служби і стабільності потоку водню пропонується спеціальна процедура періодичного нагрівання і відкачки дифузійних мембран.Проведены испытания системы напуска чистого водорода в рабочем режиме и в режиме чистки высокочастотными импульсами торсатрона Ураган-3М. Показано, что система напуска обеспечивает требуемые потоки в диапазоне давлений 5x10⁻⁷ – 10⁻⁴ Торр. Для обеспечения требуемой надежности, продолжительности срока службы и стабильности потока водорода предлагается специальная процедура периодического нагрева и откачки диффузионных мембран

Behavior dynamics of low-frequency MHD-fluctuations and main plasma parameters in U-3M torsatron in RF-heating mode

A significant decrease in the intensity of low-frequency MHD-activity is accompanied by sharp increase of plasma energy content in U-3M torsatron. Plasma is generated and heated by RF-fields with frequency of w = 0.8w(ci) and is in a mode of low frequency of collisions. A set of 15 magnetic sensors was installed in one of the poloidal cross-sections of torus. The poloidal component of magnetic field was registered. At some point of time there is a sharp decrease of MHD-activity of plasma with a simultaneous increase of plasma energy content.Существенное уменьшение интенсивности низкочастотной МГД-активности сопровождается резким повышением энергосодержания плазмы в торсатроне У-3М. Плазма создаётся и нагревается ВЧ-полями с частотой w = 0.8w(ci) и находится в режиме редких частот соударений. В одном из полоидальных сечений тора был установлен набор из 15 магнитных датчиков. Регистрировалась полоидальная компонента магнитного поля. В некоторый момент времени наблюдается резкое уменьшение МГД-активности плазмы при одновременном росте энергосодержания плазмы.Суттєве зменшення інтенсивності низькочастотної МГД-активності супроводжується різким підвищенням енергозмісту плазми в торсатроні У-3М. Плазма створюється і нагрівається ВЧ-полями з частотою w = 0.8w(ci) і знаходиться в режимі рідкісних частот зіткнень. В одному з полоідальних перетинів тора був встановлений набір з 15 магнітних датчиків. Реєструвалася полоідальна компонента магнітного поля. В деякий момент часу спостерігається різке зменшення МГД-активності плазми при одночасному зростанні енергозмісту плазми

Palladium erosion behavior under low/high local hydrogen recycling in steady state plasmas

Sputtering experiments were carried out in steady state plasma of a mirror Penning discharge with cathodes made from hydrogen saturated/non-saturated palladium. For the both cases no difference in erosion behavior was found under hydrogen, helium or nitrogen plasma impact, in contrast to observed earlier erosion behavior of deuterium saturated/non-saturated lithium. Possible reasons are suggested and discussed to explain such erosion behavior

Tests of tungsten limiter with controlled hydrogen puffing in the torsatron Uragan-3M

Working model of plasma facing W-limiter with controlled hydrogen recycling has been created. The limiter was installed in the Uragan-3M torsatron and was tested under the edge plasma conditions.Створена робоча модель зверненого у плазму W-лімітеру з контрольованим реціклінгом водню. Лімітер встановлено у торсатрон Ураган-3М і випробувано в умовах крайової плазми.Создана рабочая модель обращенного в плазму W-лимитера с контролируемым рециклингом водорода. Лимитер установлен в торсатрон Ураган-3М и испытан в условиях краевой плазмы

The possible variant of pulsed RF-discharge cleaning mode of the Uragan-3m torsatron

The cleaning regime with the use of pulsed RF-discharges in hydrogen-nitrogen mixture was examined over the nitrogen concentration range from 4 at.% to 96 at.% at the same parameters of RF-generator as for pure hydrogen. The analysis of obtained preliminary data has shown that even about 2x10³ discharge pulses in H₂-N₂₃ mixture causes drastic decrease of partial hydrogen pressure and ultimate base pressure. But, in contrast, to revert initial high hydrogen partial pressure in the U-3M torsatron vacuum chamber, it is needed more than 2x10⁴ pulsed discharges in pure hydrogen. The possible reasons of effective hydrogen removing in RF-discharges in hydrogen-nitrogen mixtures are discussed.Досліджувався режим чищення імпульсними ВЧ-розрядами в суміші водню й азоту при концентраціях азоту від 4 at. % to 96 at. % при тих же параметрах ВЧ-генератора, що і для чистого водню. Аналіз отриманих даних показав, що вже близько 2x10³ імпульсів у H₂-N₂ суміші викликає помітне зниження парціального тиску водню і граничного тиску в камері У-3М. Навпроти, щоб повернути високий парціальний тиск водню у вакуумній камері У-3М необхідно більш ніж 2x10⁴ імпульсних розрядів у чистому водні. Обговорюються можливі причини ефективного видалення водню розрядами в суміші водню й азоту.Исследовался режим чистки импульсными ВЧ-разрядами в смеси водорода и азота при концентрациях азота от 4 at.% to 96 at.% при тех же параметрах ВЧ-генератора, что и для чистого водорода. Анализ полученных данных показал, что уже около 2x10³ импульсов в H₂-N₂ смеси вызывает заметное снижение парциального давления водорода и предельного давления в камере У-3М. Напротив, чтобы вернуть высокое парциальное давление водорода в вакуумной камере У-3М необходимо более чем 2x10⁴ импульсных разрядов в чистом водороде. Обсуждаются возможные причины эффективного удаления водорода разрядами в смеси водорода и азота

Measurements of wall conditioning rate at Uragan-2M

An experiment on chamber RF cleaning for 12 hours a day during 2 weeks with the subsequent vacuum pumping out was carried out. The plasma was produced by the UHF generator with the frequency of 2.4 GHz. Afterwards, the VHF generator working at the frequency of 132 MHz in a continuous mode was turned on and continued to work independently. The process of wall conditioning involved filling the chamber with H₂ under the pressure range inside the chamber of (1.8…2.0)·10⁻⁴ Torr. During the process of radio-frequency (RF) chamber cleaning the pumped out gas was condensed on the cryogenic trap surface. Afterwards the trap was cut off, heated up and the gas pressure Pg inside the cut off trap chamber was measured. The Pg dependence on both discharge power and condensation time period is analyzed. As a result of the RF cleaning the Pg pressure was reduced by 4…5 times. The vacuum pumping out speed was measured when filling the vacuum vessel with propane and nitrogen.Был проведен эксперимент по чистке стенок камеры в течение 2 недель по 12 часов в день с последующей откачкой камеры. Плазма создавалась СВЧ-генератором с частотой 2.4 ГГц и затем включался УКВ-генератор, работающий на частоте 132 МГц в непрерывном режиме, который в дальнейшем работал самостоятельно. Чистка производилась с напуском водорода в диапазоне давлений в камере (1.8...2.0)×10⁻⁴Торр. В процессе чистки камеры УКВ-разрядом производилась конденсация образовывающегося внутри камеры газа на охлажденную поверхность азотной ловушки. Затем ловушка отсекалась от насоса и от камеры установки, проводилось ее отепление и измерялось давление газа Pg в отсеченной камере ловушки. Показана зависимость Pg от мощности разряда и длительности конденсации. По результатам эксперимента отмечено снижение значений Pg в 5...6 раз. Проведено измерение скорости откачки вакуумной системы для пропана и азота.Було проведено експеримент з очищення стінок камери на протязі 2 тижнів по 12 годин на день з наступною відкачкою камери. Плазма створювалась НВЧ-генератором з робочою частотою 2.4 ГГц, після цього вмикався УКВ-генератор, що працював на частоті 132 МГц у безперервному режимі, який надалі працював самостійно. Очищення проводилось з напуском водню у діапазоні тиску в камері (1.8...2.0)×10⁻⁴ Торр. Протягом процесу чищення камери УКВ-розрядом проводилась конденсація газу, що створюється в камері, на охолоджену поверхню азотного уловлювача. Потім пастка відтиналася від насоса і від камери установки, проводилося ії утеплення й вимірювався тиск газу Pg у відсіченій камері пастки. Показано залежність Pg від потужності розряду та тривалості конденсації. За результатами експерименту відмічено зниження значень Pg у 5...6 разів. Проведено вимірювання швидкості відкачки вакуумної системи для пропану та азоту

RF wall conditioning at the Uragan-2M with use of high vacuum cryogenic trap

The results of evaluating the effectiveness of the vacuum chamber wall conditioning procedure by the use VHF of continuous discharge and RF pulse discharge that were applied either separately or in combination with each other in helium atmosphere at Uragan-2M are presented. The high-vacuum cryogenic traps are enabled in these experiments. Some amount of gas pumped from the vacuum chamber is condensed on the surfaces of cryogenic traps integrated in the input branch pipes of the vacuum system. Periodically, one trap is separated from the chamber and from the pump by vacuum valves and warmed up what led to release of the condensed gases into the enclosed volume. The value of pressure Pg inside this volume is proportional to the amount of pumped gas and, consequently, to the effectiveness of the wall conditioning process. It was found that the value Pg in the combined VHF + RF discharge is 2-3 times higher than in the case of using only pulsed RF discharge.Приведены результаты ВЧ-чистки в стеллараторе Ураган-2М с использованием УКВ непрерывного разряда в атмосфере гелия. При этом часть откачиваемого газа конденсировалась на криогенную ловушку. Процесс чистки контролировался измерением давления газа Pг в отсеченном объеме с ловушкой после ее отепления. Значение Pг пропорционально количеству откачиваемого газа. Обнаружено, что количество сконденсированного на ловушке газа при комбинированном УКВ+ВЧ-разряде в 2-3 раза выше, чем в случае использования только импульсного ВЧ-разряда.Наведено результати ВЧ-чистки в стелараторі Ураган-2М з використанням УКХ безперервного розряду в атмосфері гелію. При цьому частина відкачуваного газу конденсувалась на криогенну пастку. Процес чищення контролювався за допомогою вимірювання тиску газу Pг у відсіченому об`ємі з пасткою після її отеплення. Значення Pг пропорційно кількості відкачуваного газу. Виявлено, що кількість сконденсованого на пастці газу при комбінованому УКХ + ВЧ-розряді в 2-3 рази вище, ніж у випадку використання тільки імпульсного ВЧ-розряду

Hydrogen permeation through VPD and CVD tungsten films on palladium

Isobars and isotherms were measured for hydrogen permeation through porous tungsten films on palladium, activation energy values were calculated for various Pd-W systems. The analysis of the obtained data and its comparison with the ones for dense tungsten coatings are carried out.Представлено результати дослідження ізобар та ізотерм проникнення водню крізь пористі плівки вольфраму на паладії, визначені величини енергії активації водневої проникності у системах Pd-W. Проведено аналіз одержаних даних і порівняння з даними що до щільних вольфрамових покриттів.Представлены результаты исследований изобар и изотерм проникновения водорода через пористые пленки вольфрама на палладии, определены величины энергии активации водородопроницаемости в различных системах Pd-W. Проведен анализ полученных данных и сравнение с данными для плотных вольфрамовых покрытий

The influence of wall conditioning procedures on outgassing rate of stainless-steel in the “Uragan-2M” torsatron

Using the thermal desorption method the investigations were carried out of stainless steel probe outgassing rate in a vacuum and estimation of the number of monolayers on its surface in the Uragan-2M torsatron in situ. The decrease of surface impurity by more than one order of magnitude was measured at the vacuum improvement from 1.6·10⁻⁶ Torr up to 6.5·10⁻⁷ Torr after pumping and RF discharge cleaning. Mass-spectrometric measurements has shown H₂O (18 m/e), Co₂ (44 m/e) and 28 m/e (CO+N₂), as the main gases desorbed from probe surface during its heating. Heavy hydrocarbon masses (58 m/e) were also registered. Some practical conclusions were made for the U-2M wall conditioning procedure improvement.Термодесорбционным методом проведены исследования газовыделения нержавеющей стали и оценка числа монослоев примесей на ее поверхности в торсатроне Ураган-2М. После откачки и чистки ВЧ-разрядами количество примесей снизилось более чем на порядок при улучшении вакуума с 1.6·10⁻⁶ до 6.5·10⁻⁷ Торр. Масс- спектрометрические измерения показали, что основными примесями, десорбирующимися с поверхности зонда из нержавеющей стали во время его нагрева до температуры 250…300 ºС, являются: H₂O (18 m/e), Co₂ (44 m/e) и 28 а.е.м. (CO+N₂). Тяжелые углеводороды (58 а.е.м.) также регистрируются. Сделаны некоторые практические заключения для улучшения процедуры чистки стенок камеры торсатрона Ураган-2М.Термодесорбційним методом проведено дослідження газовиділення нержавіючої сталі і оцінка числа моношарів домішок на її поверхні в торсатроні Ураган-2М. Після відкачування і чищення ВЧ-розрядами кількість домішок знизилася більш ніж на порядок при поліпшенні вакууму з 1.6·10⁻⁶ до 6,4·10⁻⁷ Торр. Мас- спектрометричні вимірювання показали, що основними домішками, що десорбуються з поверхні зонда з нержавіючої сталі під час його нагріву до температури 250…300 ºС, є: H₂O (18 а.е.м.), Co₂ (44 а.е.м.) i 28 а.е.м. (CO+N₂). Важкі вуглеводні (58 а.е.м.) також реєструються. Зроблені деякі практичні висновки для поліпшення процедури чищення стінок камери торсатрона Ураган-2М