Influence of the ion viscosity on the current sheet formation and plasma heating

This paper deals with the problem of the ion viscosity influence on the current sheet formation and plasma heating, in the experiments performed on “Current sheet” facility (Prokhorov General Physics Institute, Russian Academy of Sciences). On the basis of magnetohydrodynamic theory one can see that pressure force and viscid tension force can bring considerable contribution to the formation and heating of the current sheet plasma. The estimations obtained show that the effect of the ion viscosity is comparable with other effects which were taken into account previously.Сделаны оценки влияния ионной вязкости на нагрев и формирование токового слоя в экспериментах, проведённых на установке “Токовый слой” (Институт общей физики им. Прохорова РАН). На основе магнитогидродинамической теории показано, что сила давления и сила вязких напряжений могут играть существенную роль в формировании и нагреве токового слоя. Полученные оценки показывают, что эффект ионной вязкости сравним с другими эффектами, которые учитывались ранее.Зроблено оцінки впливу іонної в’язкості на нагрів та формування струмового шару в експериментах, проведених на установці “Струмовий шар” (Інститут загальної фізики ім. Прохорова РАН). На основі магнітогідродинамічної теорії показано, що сила тиску та сила в’язких напружень можуть відігравати істотне значення у формуванні та нагріві струмового шару. Отримані оцінки показують, що ефект іонної в’язкості порівняний з іншими ефектами, які враховувалися раніше

Drift motion of charged particle in wave field of magnetic pumping under Сherenkov and cyclotron resonance conditions

The charged particle motion problem in electromagnetic field of magnetic pumping under Chrenkov and cyclotron resonance conditions is solved in drift approximation. The wave field is produced by alternating surface azimuthal current, modeling the current of solenoidal antenna, which use is considered within the frames of a developed ICR-method of isotope separation. The drift motion equations are derived and their three first integrals are found at arbitrary values of Larmor radius. It is shown that the increasing of a particle Larmor radius involves the increasing of radius of the Larmor center, i.e. involves drift of heated particles to plasma edge. During Larmor gyration these ions transit near to a system axis.В дрейфовом приближении решена задача о движении заряженной частицы в поле волны магнитной накачки в условиях черенковского и циклотронного резонансов. Поле волны создается поверхностным переменным азимутальным током, моделирующим ток соленоидальной антенны, использование которой рассматривается в рамках разрабатываемого ИЦР-метода разделения элементов и изотопов. Выведены уравнения дрейфового движения, справедливые при произвольной величине ларморовского радиуса, и найдены три их первых интеграла. Показано, что увеличение ларморовского радиуса частицы под действием волны накачки сопровождается увеличением радиуса ее ларморовского центра, т.е. дрейфом нагретых частиц на периферию плазмы. При ларморовском вращении эти ионы проходят вблизи оси системы.У дрейфовому наближенні вирішено задачу про рух зарядженої частки в полі хвилі магнітного накачування в умовах черенковського й циклотронного резонансів. Поле хвилі створюється поверхневим змінним азимутальним струмом, що моделює струм соленоїдальної антени, використання якої розглядається в рамках розроблюваного ІЦР-методу розділення елементів і ізотопів. Виведені рівняння дрейфового руху справедливі при довільній величині ларморовського радіуса, і знайдено три їх перших інтеграла. Показано, що збільшення ларморовського радіуса частки під дією хвилі накачування супроводжується збільшенням радіуса її ларморовського центра, тобто дрейфом нагрітих часток на периферію плазми. При ларморовському обертанні ці іони проходять поблизу осі системи

Ion cyclotron resonance for fast magnetosonic waves in small tokamaks

The absorption of fast magnetosonic waves in a small-size tokamak has been studied under the multiple cyclotron resonance for bulk ions and under the fundamental resonance for minority ions. The small plasma radius is assumed to be less than or equal to, in the order of magnitude, the transverse wavelength. In this case, the solution to the linearized Vlasov equation for the distribution function of the resonance ions in the form of a power series in their Larmor radius and the expression for the contribution from resonance ions into the wave current density have been obtained. The nonlocal coupling between the wave field and current density in a small azimuth angle has been taken into account, which is associated with the motion of resonance ions along a magnetic line of force while travelling through the cyclotron resonance zone, with consideration for the nonuniform magnetic field along a line of force. Allowances have been also made for the decorrelation effects connected with the Coulomb collisions between the resonance particles during their travelling across the successive zones of the resonance, which effects lead to the dephasing of the particle-wave phase. The expressions for the RF power absorbed in the tokamak plasma have been obtained and analyzed

Long-wavelength ion-sound parametric instability of plasma in magnetic field

We have studied numerically the dependence of the frequency and growth rate of the ion sound wave on the wave vector in plasma in the electric field of a helicon for long-wavelength oscillations when the wavelength of ion sound wave is equal to the order of magnitude to or exceeds the electron Larmor radius. Such instability may be separated if the pumping wave frequency (helicon) is equal to the order of magnitude to or less than the lower hybrid frequency. The growth rate approaches some tenth parts of the lower hybrid frequency if the electron drift velocity in the field of the helicon exceeds the ion sound velocity by some times. As for short wavelength oscillations, one should expect the anomalous damping of the helicon, turbulent heating of electrons and sustainment of gas discharge at the nonlinear stage of such instability

Shear-flow-driven ion cyclotron instability of multicomponent magnetic field-aligned plasma flow

The ion cyclotron instability of magnetic field aligned sheared plasma flow with two H+ and ion species is investigated. The oxygen ions are assumed to be the active species while hydrogen ions are a background one, so that the frequency of oscillation approximately equals O+O+ cyclotron frequency. The threshold and growth rate of instability versus the flow velocity shear and relative concentration of oxygen ions are analyzed.Досліджено іонна циклотронна нестійкість зсуненого потоку плазми вздовж магнітного поля з двома видами, H+ і , іонів. Іони кисню вважаються основним видом, тоді як іони водню є фоном, так що частота коливань приблизно дорівнює циклотронній частоті іонів O+O+. Аналізується залежність порога та інкремента нестійкості від градієнта швидкості потоку і відносної концентрації іонів кисню.Исследована ионная циклотронная неустойчивость сдвигового течения плазмы вдоль магнитного поля с двумя сортами, H+ и , ионов. Ионы кислорода считаются основным видом, тогда как ионы водорода являются фоном, так что частота колебаний приблизительно равна циклотронной частоте ионов O+O+. Анализируется зависимость порога и инкремента неустойчивости от градиента скорости течения и относительной концентрации ионов кислорода

Researches on plasma physics and controlled fusion in IPP NSC KIPT

Recent results of experimental and theoretical investigations, carried out in the Institute of Plasma Physics of the NSC KIPT, are presented in the report. The main problems of discussion are as follows: plasma confinement and heating in stellarators and electromagnetic traps; powerful quasi-steady-state plasma accelerators (QSPA); experiments relevant for ITER; fusion plasma theory; methods of high temperature plasma diagnostics; plasma technology. The main prospects of the IPP investigations are discussed alsoПредставлены результаты следующих экспериментальных и теоретических исследований, проводимых в настоящее время в Институте физики плазмы ННЦ ХФТИ: удержание и нагрев плазмы в стеллараторах и электромагнитных ловушках; мощные квазистационарные плазменные ускорители (КСПУ) для т/я и технологического применения; эксперименты, связанные с программой ИТЭР; теория термоядерной плазмы; разработка методов диагностики высокотемпературной плазмы; плазменные технологии. Обсуждаются также основные направления последующих исследований в ИФП.Представлено результати наступних експериментальних і теоретичних досліджень, що проводяться в Інституті фізики плазми ННЦ ХФТІ: утримання та нагрів плазми у стелараторах та електромагнітних пастках; потужні квазістаціонарні прискорювачі плазми (КСПП) для т/я та технологічних застосувань; експерименти з програми ІТЕР; теорія термоядерної плазми; розробка методів діагностики високотемпературної плазми; плазмові технології. Обговорюються також основні напрямки майбутніх досліджень в ІФП

Study of multicharged heavy ion generation from CO2 laser-produced plasma

The results of lead ion generation with charge state from Pb10+ to Pb35+ from laser-heated plasma are presented. CO2 lasers producing 10.6-μm wavelength radiation at power densities in the range 4.1011-6.1014 W/cm2 in TBKI and CERN were used. Results of detailed numerical simulations presented in the paper are in good agreement with the experimental data. Work done in collaboration with CERN, ITEP, and TBKI was aimed at the specification of requirements for a laser system that will be able to drive an ion source for the hadron collider (LHC) at CER

Magnetohydrodynamic wave spectra in large tokamaks with non-circular cross section of magnetic surfaces

There is considered the problem on the spectra of magnetohydrodynamic (MHD) waves with the frequencies of the order of the ion cyclotron frequency propagating almost along the toroidal magnetic field in the large-size tokamaks with a non-circular cross section of magnetic surfaces. In this case the waves can propagate in the small vicinity of the extremum point for the square of the refractive index of the MHD wave travelling along the torus. Developing the dielectric permittivity tensor of the “cold” plasma in a Taylor series around this point enables one to separate the variables and to express the natural functions of the boundary problem for Maxwell’s equations through Hermite functions and to determine the natural frequencies of MHD waves. The solution obtained is a generalization of the previous result for arbitrary radial and azimuth numbers. On the ground of the perturbation theory the corrections to the natural functions and natural values are found which take into account the rotational transform

Renormalized non–modal theory of turbulence of plasma shear flows

In our report, we present the results of the non-linear investigations of the temporal evolution and saturation of drift turbulence in shear flows, which have the non-modal approach as their foundation.Подано результати нелінійних досліджень часової еволюції та насичення дрейфової турбулентності у зсувних течіях плазми, які базуються на немодальному підході.Представлены результаты нелинейных исследований временной эволюции и насыщения дрейфовой турбулентности в сдвиговых течениях, основанных на немодальном подходе