Study of wave processes at the initial stage of RF-heating in the Uragan-3M torsatron

The study of wave processes occurring during the initial stage of RF plasma heating in the Uragan-3M torsatron was performed with using movable magnetic and electric probes. The heating was carried out by the frame antenna. The electric probe allowed to register changes of the plasma density profile, while the magnetic probes measured amplitude and phase shifts between all magnetic field components at different points over the plasma column cross-section. The frequency spectrum of magnetic field fluctuations contains the main frequency that coincides with the RF oscillator frequency and higher harmonics. The amplitude of the 2nd harmonic in this mode can be compared with the amplitude of the basic harmonic.С помощью подвижных магнитных и электрических зондов в торсатроне Ураган-3М были изучены волновые процессы, протекающие на начальной стадии ВЧ-нагрева. Нагрев плазмы проводился с помощью “рамочной” антенны. Электрический зонд позволял регистрировать изменение профиля плотности плазмы, а магнитные зонды измеряли амплитуду и сдвиг фаз между всеми компонентами поля в различных точках по сечению плазменного шнура. Частотный спектр регистрируемых колебаний магнитного поля содержит основную частоту, совпадающую с частотой ВЧ-генератора, и более высокие гармоники. Амплитуда второй гармоники в данном режиме может быть сравнима с амплитудой основной гармоники.За допомогою рухливих магнітних і електричних зондів у торсатроні Ураган-3М були вивчені хвильові процеси, що протікають на початковій стадії ВЧ-нагріву. Нагрівання плазми проводилося за допомогою "рамкової" антени. Електричний зонд дозволяв реєструвати зміну профілю щільності плазми, а магнітні зонди вимірювали амплітуду і зрушення фаз між усіма компонентами поля в різних точках по перерізу плазмового шнура. Частотний спектр реєстрованих коливань магнітного поля містить основну частоту, яка збігається з частотою ВЧ-генератора, і більш високі гармоніки. Амплітуда другої гармоніки в даному режимі може бути порівнянна з амплітудою основної гармоніки

Peripheral plasma characteristics in the Uragan-3M torsatron

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

Wall conditioning discharges driven by Т-shaped antenna in Uragan-2M

New VHF antenna was introduced at Uragan-2M for VHF vacuum chamber wall conditioning without and with weak magnetic field. It was made as a T-shaped ¼ wavelength double rod. The T-shaped antenna is capable for slow waves generation due to its longitudinal currents. This new wall conditioning tool was studied analyzing vacuum chamber wall conditions and achieved plasma parameters.Для чистки вакуумної камери Урагану-2М у слабкому магнітному полі і без магнітного поля було впроваджено нову СВЧ-антену. Її було виконано у вигляді чвертьхвильового стрижня. Т-подібна антена здатна створювати повільні хвилі з повздовжніми струмами. Новий інструмент для чистки стінок вивчався через стан вакуумної камери і досягнутих параметрів плазми.Для чистки вакуумной камеры Урагана-2М в слабом магнитном поле и без магнитного поля была внедрена новая СВЧ-антенна. Она была выполнена в виде четвертьволнового стержня. Т-образная антенна способна создавать медленные волны с продольными токами. Новый инструмент для чистки стенок изучался посредством состояния вакуумной камеры и достигнутых параметров плазмы

Characteristic properties of the three-half-turn-antenna-driven RF discharge in the Uragan-3M torsatron

In the λ = 3 Uragan-3M torsatron hydrogen plasma is heated by RF fields in the Ålfven range of frequencies (ω≤ωсi). Plasma with the mean density ‾ne units of 10¹² сm⁻³ is produced by the frame antenna and used as an initial plasma (“target”) to produce and heat a denser plasma (up to ‾ne ~ 10¹³ сm⁻³) by means of the shorter wavelength three-half-turn antenna with azimuthal currents. Characteristics of the three-half-turn-antenna-driven discharge are studied experimentally depending on the RF power fed to the antenna and initial plasma parameters.В трехзаходном торсатроне Ураган-3М водородная плазма создается и нагревается ВЧ-полями в области альфвеновских частот (ω≤ωсi). Плазма со средней плотностью ‾ne единицы 10¹² см⁻³ создается рамочной антенной и используется как исходная для получения и нагрева более плотной плазмы (до ‾ne ~ 10¹³ см⁻³) с помощью более коротковолновой трехполувитковой антенны с азимутальными токами. Экспериментально исследуются характеристики ВЧ-разряда, поддерживаемого трехполувитковой антенной, в зависимости от ВЧ-мощности, подводимой к антенне, и параметров исходной плазмы.У трьохзаходному торсатроні Ураган-3М воднева плазма створюється і гріється ВЧ-полями в області альфвенівських частот (ω≤ωсi). Плазма з середньою щільністю ‾ne одиниці 10¹² см⁻³ створюється рамковою антеною і використовується як початкова для одержання та нагріву щільнішої плазми (до ‾ne ~ 10¹³ см⁻³) за допомогою більш короткохвильової трьохнапіввиткової антени з азимутальними струмами. Експериментально досліджуються характеристики ВЧ-розряду, який підтримується трьохнапіввитковою антеною, в залежності від ВЧ-потужності, що підводиться до антени, та параметрів початкової плазми

Studies of edge turbulence in the Uragan-3M torsatron

Spatial and temporal behavior of the edge fluctuations and their correlation with plasma density behavior inside the confinement region of the Uragan-3M torsatron are investigated. The key role of the radial electric field in turbulent transport suppression is shown.Досліджено динаміку флуктуацій поблизу межі плазми та їх кореляції з поведінкою щільності усередині об’єму утримання а торсатроні Ураган-3М. показана основна роль радіального електричного поля в пригнічені турбулентного потокуИсследована динамика флуктуаций вблизи границы плазмы и их корреляция с поведением плотности внутри объема удержания в торсатроне Ураган-3М. Показана основная роль радикального электрического поля в подавлении турбулентности поток

Influence of movable B₄C-limiter on characteristics of RF discharge plasma in the Uragan-2M torsatron

A variant of the B₄C movable biased pumped limiter for the Uragan-2M torsatron is described. Some results of experiments with the limiter moved from the vacuum chamber wall to the central region of the plasma column in the work mode of Uragan-2M operation are reported. The effect of limiter-plasma interaction on parameters of the RF plasma discharges is discussed.Представлена удосконалена модель рухомого B₄C-лімітера торсатрону Ураган-2М. Викладені і обговорюються попередні результати, отримані в експериментах із взаємодії плазми імпульсних ВЧ-розрядів з лімітером при його русі до центральної області плазмового шнура.Представлена усовершенствованная модель подвижного B₄C-лимитера торсатрона Ураган-2М. Изложены и обсуждаются предварительные результаты, полученные в экспериментах по взаимодействию плазмы импульсных ВЧ-разрядов с лимитером при его движении к центральной области плазменного шнура

Radio-frequency plasma start-up at Uragan-3M stellarator

A double frame antenna with a broad spectrum of parallel wavenumbers (with respect to the magnetic field) is used for radio-frequency (RF) plasma production in Uragan-3M stellarator type device. The delay between the start of RF pulse and the discharge development (breakdown (delay) time) is analyzed as functions of the magnetic field strength, neutral gas pressure and anode voltage of the RF generator. The reproducibility of the RF discharges is improved by the pre-ionization by the pulse of the three-half-turn antenna preceding the main RF pulse. The pre-ionization also results in shortening of the breakdown time for the frame antenna. The Langmuir probe measurements are made with two probes located at the plasma edge near and far from the double frame antenna. The measurements give rather high edge electron temperature, about 100 eV, at the initial stage of the frame antenna discharge both near and far from the antenna. The information on the plasma build-up is also given by the Hα chord measurements.Рамочная антенна с широким спектром параллельных волновых чисел (по отношению к магнитному полю) используется для высокочастотного (ВЧ) создания плазмы в установке стеллараторного типа УРАГАН-3М. Задержка между началом ВЧ-импульса и моментом развития разряда (время (задержки) пробоя) анализируется как функции величины магнитного поля, давления нейтрального газа и анодного напряжения ВЧ-генератора. Воспроизводимость ВЧ-разрядов повышается за счёт предварительной ионизации с помощью трёхполувитковой антенны, которая запускается перед основным ВЧ-импульсом. Предварительная ионизация также приводит к уменьшению времени пробоя. Измерения температуры и плотности плазмы выполнены двумя Ленгмюровскими зондами, расположенными на краю плазмы вблизи и вдали от рамочной антенны. Измерения дают достаточно высокую температуру электронов, около 100 эВ, на начальном этапе разряда как вблизи, так и вдали от антенны. Информация о создании плазмы также дают хордовые измерения линии Hα.Рамкова антена з широким спектром паралельних хвильових чисел (по відношенню до магнітного поля) використовується для високочастотного (ВЧ) створення плазми в установці стелараторного типу УРАГАН-3М. Затримка між початком ВЧ-імпульсу і моментом розвитку розряду (час (затримки) пробою) аналізується як функції величини магнітного поля, тиску нейтрального газу і анодної напруги ВЧ-генератора. Відтворюваність ВЧ-розрядів підвищується за рахунок попередньої іонізації за допомогою тринапіввиткової антени, яка запускається перед основним ВЧ-імпульсом. Попередня іонізація також призводить до зменшення часу пробою. Вимірювання температури і густини плазми виконані двома Ленгмюрівськими зондами, розташованими на краю плазми поблизу і на віддаленні від рамкової антени. Вимірювання дають досить високу температуру електронів, близько 100 еВ, на початковому етапі розряду як поблизу, так і на віддаленні від антени. Інформацію про створення плазми також дають хордові вимірювання лінії Hα

Threehalf-turn antennas start-up

The start-up experiments were carried out at Uragan-2M stellarator with the Three-Half-Turn antenna (THT) without any pre-ionization. Conditions for optimal gas breakdown were found out through the variation of the neutral gas pressure, magnetic field strength and anode voltage of RF generator. The plasma parameters were measured with three Langmuir probes, optical spectroscopy and mutichord optical diagnostics.На стелараторі Ураган-2М було проведено модельні експерименти зі старту трьохнапіввиткової (ТНВ) антени без предіонізації. Підбором тиску нейтрального газу, напруженості магнітного поля й анодної напруги ВЧ-генератора було знайдено оптимальні умови пробою газу. Параметри плазми вимірювались трьома ленгмюрівськими зондами, оптичною спектроскопією та багатохордовою оптичною діагностикою.На стеллараторе Ураган-2М были проведены моделирующие эксперименты по старту трёхполувитковой (ТПВ) антенны без предионизации. Подбором давления нейтрального газа, напряжённости магнитного поля и анодного напряжения ВЧ-генератора были найдены оптимальные условия пробоя газа. Параметры плазмы измерялись тремя ленгмюровскими зондами, оптической спектроскопией и многохордовой оптической диагностикой

Stellarator research at IPP KIPT: status and prospects

Features of the recent Uragan-2M campaign are reviewed together with some theoretical advances. They include experiments with B4C limiter, studies of various 1…20 kHz oscillations, development of a new in-situ diagnostics for wall conditions, i.e. the thermal desorption probe, the improved numerical model of RF plasma production in stellarators in the ion cyclotron and electron-cyclotron frequency ranges, a new positive-definite form of timeharmonic Maxwell’s equations and plasma start-up studies.Розглянуто особливості недавньої кампанії Ураган-2М і деякі теоретичні результати. Вони включають у себе експерименти з B4C-лімітером, дослідження різних коливань з частотою 1…20 кГц, розробку нової insitu діагностики стану стінок (термодесорбційний зонд), поліпшену чисельну модель ВЧ-створення плазми в стелараторах в іонному циклотронному і електронному циклотронному діапазонах частот, нову позитивно визначену форму рівнянь Максвелла для однієї частоти та дослідження з високочастотного створення плазмиРассмотрены особенности недавней кампании Ураган-2М и некоторые теоретические результаты. Они включают в себя эксперименты с B4C-лимитером, исследования различных колебаний с частотой 1…20 кГц, разработку новой in-situ диагностики состояния стенок (термодесорбционный зонд), улучшенную численную модель ВЧ-создания плазмы в стеллараторах в ионном циклотроном и электронном циклотронном диапазонах частот, новую положительно определенную форму уравнений Максвелла для одной частоты и исследования по высокочастотному созданию плазмы

First results of the renewed Uragan-2M torsatron

The results of experimental investigation on the vacuum magnetic surfaces in the l=2 torsatron with an additional toroidal field Uragan-2M at wide varying operation parameters are presented. Also the first results on the wall conditioning in the Uragan-2M with the ECR and RF discharges in atmosphere of hydrogen in steady-state mode at low magnetic field, plasma production and heating with RF power are described.Представлено результати експериментального дослідження вакуумних магнітних поверхонь в l=2 торсатроні з додатковим магнітним полем Ураган-2М для широкої зміни операційних параметрів. Також описані перші результати підготовки першої стінки в Урагані-2М за допомогою ЕЦР і ВЧ розрядів в атмосфері водню в стаціонарному режимі при низькому магнітному полі, створення і нагріву плазми ВЧ потужністю.Представлены результаты экспериментального исследования вакуумных магнитных поверхностей в l=2 торсатроне с дополнительным магнитным полем Ураган-2М для широкого изменения операционных параметров. Также описаны первые результаты подготовки первой стенки в Урагане-2М при помощи ЭЦР и ВЧ разрядов в атмосфере водорода в стационарном режиме при низком магнитном поле, создания и нагрева плазмы ВЧ- мощностью