High voltage test bench for heavy ion beam probe diagnostics on T-15MD tokamak

D-shaped tokamak T-15MD is nowunder construction in the NRC “Kurchatov Institute”. Heavy ion beam probing (HIBP) is an important part of T-15MD diagnostic system. Calculations of the probing ions trajectories show that the beam will pass through the plasma about 1.0…1.5 m, which can lead to its significant attenuation. HIBP operation requires obtaininga high-current long-focus probing beam of Tl+ ions (I = 200…400 μA, f = 4…6 m, d ≤ 10 mm). A high voltage (300 keV) test-benchto test such beams is eing created now. Numerical modeling shows the possibility of a beam formation with a current of 300 μA and diameter 12 mm at 6 m from the ion emitter.Зараз в НДЦ «Курчатовський інститут» ведеться будівництво токамака Д-образного перерізу Т-15МД. Зондування пучком важких іонів (ЗПВІ) є важливою частиною діагностичного комплексу Т-15МД. Розрахунки траєкторій зондувальних іонів показують, що пучок буде проходити у плазмі шлях довжиною 1,0…1,5 м, що може призводити до значного його ослаблення. Для забезпечення можливості вимірювань параметрів плазми потрібно отримати сильнострумових довгофокусних зондувальних пучків Tl+ (I = 200…400 мкА, f = 4…6 м, d ≤ 10 мм). На даний час у Курчатовському інституті створюється діагностичний стенд для вирішення цієї задачі. На цьому стенді будуть проводитися експерименти по фокусуванню іонних пучків з енергією до 300 кеВ, а також вивчатися властивості термоіонних емітерів і час їх життя. Розрахунки руху іонів в інжекторі показують можливість створення пучка струмом 300 мкА, діаметром 12 мм на відстані 6 м від іонного емітера.В НИЦ «Курчатовский институт» ведется строительство токамака Д-образного сечения Т-15МД. Зондирование пучком тяжелых ионов (ЗПТИ) является важной частью его диагностического комплекса. Расчеты траекторий зондирующих ионов показывают, что пучок будет проходить по плазме путь длиной 1,0…1,5 м, что может приводить к значительному его затуханию. Возможность измерения параметров плазмы требует получения сильноточных длиннофокусных зондирующих пучков ионов Tl+ (I = 200…400 мкА, f = 4…6 м, d ≤ 10 мм). Тестовый стенд для этой задачи сейчас создается. На этом стенде будут проводиться эксперименты по фокусировке ионных пучков с энергией до 300 кэВ, а также изучаться свойства термоионных эмиттеров и время их жизни. Расчеты движения заряженных частиц в ионнооптической системе инжектора показывают возможность создания пучка током 300 мкА, диаметром 12 мм на расстоянии 6 м от ионного эмиттера

High-intensity cesium ion beams for HIBP diagnostics

The goal of the research is to expand the capabilities of the heavy ion beam probing (HIBP) diagnostic. HIBP is a unique diagnostic, capable to measure plasma potential, density and their fluctuations, as well as the poloidal magnetic field fluctuations in the core and edge plasmas. The sensitivity of the diagnostic is determined by the level of the output signal related to the instrumental noise. The level of the probing beam current should be as high as possible, especially for measurements at the periphery with low output signal due to low plasma density, and in the core, where the beam is attenuated due to the high plasma density. Optimization experiments have shown the possibility of ion beam forming in the current range from 40 to 800 μA.Мета дослідження – розширити можливості діагностики за допомогою зондування плазми пучком важких іонів (ЗППВІ). ЗППВІ – це унікальна діагностика, здатна вимірювати потенціал, густину плазми і їх флуктуації, а також флуктуації полоідального магнітного поля в центрі та периферії плазми. Чутливість діагностики визначається рівнем вихідного сигналу, щодо інструментального шуму. Рівень струму зондувального пучка повинен бути якомога більш високим, особливо для вимірювань на периферії з низьким вихідним сигналом через низьку густину плазми, а також у центрі, де пучок послаблюється через високу густину плазми. Експерименти з оптимізації показали можливість формування іонного пучка в діапазоні струму 40…800 мкА.Цель исследования – расширить возможности диагностики с помощью зондирования плазмы пучком тяжелых ионов (ЗППТИ). ЗППТИ – это уникальная диагностика, способная измерять потенциал, плотность плазмы и их флуктуации, а также флуктуации полоидального магнитного поля в центре и периферии плазмы. Чувствительность диагностики определяется уровнем выходного сигнала относительно инструментального шума. Уровень тока зондирующего пучка должен быть как можно более высоким, особенно для измерений на периферии с низким выходным сигналом из-за низкой плотности плазмы, а также в центре, где пучок ослабляется из-за высокой плотности плазмы. Эксперименты по оптимизации показали возможность формирования ионного пучка в диапазоне тока 40…800 мкА

A dual heavy ion beam probe diagnostic on the TJ-II stellarator

The aim of the report is to show the development of HIBP diagnostics on the TJ-II stellarator and, as a result, the expansion of the range of plasma parameters measurements. The first Heavy Ion Beam Probe (HIBP-1) diagnostic is being used on TJ-II stellarator since 2000. It has been shown significant progress in the measurements of plasma profiles and oscillations. The second HIBP-2 system was installed on TJ-II in 2012. Dual HIBP system, consisting of two identical HIBP-1 and HIBP-2 located ¼ torus apart, provides the measurement of the long-range correlations of plasma parameters in the full plasma column. Low noise high gain (10⁷ V/A) preamplifiers with 1 Hz bandwidth sampling is used. They allow to study broadband turbulence and quasi-coherent modes like geodesic acoustic modes, Alfven eigenmodes, suprathermal electron induced modes, etc. New capabilities of the dual HIBP diagnostic in plasma potential and density investigations were demonstrated on TJ-II stellarator in the measurements of the correlation between fluctuations in different poloidal and toroidal locations: on the same field line, on the same magnetic surface or on different magnetic surfaces at different points, separated toroidally and/or poloidally.На стелараторі TJ-II створена подвійна система зондування плазми пучком важких іонів (ЗППВІ). Система складається з двох ідентичних комплексів, розташованих на відстані ¼ тора. Перший діагностичний комплекс почав діяти в 2000 році. Другий комплекс був встановлений в 2012 році. Використання підсилювачів детекторних сигналів з низьким рівнем шуму (10⁷ В/A) з пропускною здатністю 1 МГц дозволяє вивчати широкосмугову турбулентність та квазікогерентні режими, такі як геодезичні акустичні моди; альфвенівські моди; супертермальні моди, які збурюються швидкими електронами, тощо. Нові можливості подвійної системи були продемонстровані при вимірюваннях далеких кореляцій між флуктуаціями в різних полоїдальних та тороїдальних місцях: на одній лінії магнітного поля, на одній або на різних магнітних поверхнях у різних точках, розташованих тороїдально та/або полоїдально.На стеллараторе TJ-II создана двойная система зондирования плазмы пучком тяжелых ионов (ЗППТИ). Система состоит из двух идентичных комплексов, расположенных на расстоянии ¼ тора. Первый диагностический комплекс начал действовать в 2000 году. Второй комплекс был установлен в 2012 году. Использование усилителей детекторных сигналов с низким уровнем шума (10⁷ В/A) и полосой пропускания 1 МГц позволяет изучать широкополосную урбулентность и квазикогерентные моды, такие как геодезические акустические моды; альфвеновские собственные моды; моды, индуцированные надтепловыми электронами и т.д. Новые возможности двойной системы были продемонстрированы при измерениях дальних корреляций между флуктуациями, измеренными в различных полоидальних и тороидальных положениях: на одной или на разных магнитных поверхностях, в различных точках, смещенных тороидально и/или полоидально