An application of microwaves refraction for inhomogeneous plasma diagnostic

A brief review of the main microwave diagnostics methods of inhomogeneous plasma based on the refraction of microwaves is given. These methods make it possible to determine the plasma density distribution, the magnetic field distribution, the electron collision frequency, and the electron temperature profile. In addition, the determination of the average density of the peripheral plasma layers and the local inhomogeneities of the rotating plasma are also possible. The effect of refraction on the accuracy of determining the plasma parameters by using microwave methods for plasma diagnostics is considered.Наведено короткий огляд основних методів мікрохвильової діагностики неоднорідної плазми, що використовують рефракцію мікрохвиль. Ці методи дозволяють визначити розподіли густини плазми та магнітного поля, частоту зіткнень електронів і профіль електронної температури. Крім того, можливе визначення середньої густини периферійних шарів плазми та локальних неоднорідностей плазми, що обертається. Розглянуто вплив рефракції на точність визначення параметрів плазми при використанні мікрохвильових методів діагностики плазми.Приведен краткий обзор основных методов микроволновой диагностики неоднородной плазмы, использующих рефракцию микроволн. Эти методы позволяют определить распределения плотности плазмы и магнитного поля, частоту столкновений электронов и профиль электронной температуры. Кроме того, возможно определение средней плотности периферийных слоев плазмы и локальных неоднородностей вращающейся плазмы. Рассмотрено влияние рефракции на точность определения параметров плазмы при использовании микроволновых мeтодов диагностики плазмы

Investigation of the influence of Ar pressure on vacuum-arc plasma with Cr-, Cu-, and Zr-cathodes

The work deals with the influence of argon pressure on the ion current of vacuum-arc discharge in the “Bulat-6” setup with Cr-Cu-Zr-cathodes, and also, on the rate of coating deposition on the surfaces being perpendicular and parallel to the plasma stream. It is shown that a substantial decrease in both the ion current density and the rate of coating deposition takes place at Ar pressure above 1 Pa. Consideration is given to the elementary processes occurring during plasma stream-gas target interaction.Досліджено впливи тиску аргону на іонний струм вакуумно-дугового розряду в установці «Булат-6» з Cr-, Cu-, Zr-катодами, а також на швидкість осадження покриттів на поверхні перпендикулярні і паралельні плазмовому потоку. Показано, що істотні зменшення густини іонного струму і швидкості осадження покриттів відбуваються при тиску Ar вище 1 Pa. Розглянуто елементарні процеси, що відбуваються при взаємодії плазмового потоку з газовою мішенню.Исследованы влияния давления аргона на ионный ток вакуумно-дугового разряда в установке «Булат-6» с Cr-, Cu-, Zr-катодами, а также на скорость осаждения покрытий на поверхности, перпендикулярные и параллельные плазменному потоку. Показано, что существенные уменьшения плотности ионного тока и скорости осаждения покрытий происходят при давлении Ar выше 1 Pa. Рассмотрены элементарные процессы, происходящие при взаимодействии плазменного потока с газовой мишенью

Determining the rotational velocity of gas-metal multicomponent plasma in a reflex discharge

For the first time the rotational velocity of plasma layers with np = ncr^1,2 in the gas-metal plasma medium of the reflex discharge was determined using the two-frequency microwave fluctuation reflectometry. The measurement results demonstrated that the angular frequency of plasma layer rotation is varying and therefore the plasma rotates not as a single whole. The maximum rotation velocity increases with magnetic field increasing. The values of the electric field strength in two layers and the plasma particle separation coefficient α were determined.Впервые для определения скорости вращения плазменных слоев с np = ncr^1,2 в среде газометаллической плазмы отражательного разряда была применена двухчастотная СВЧ-флуктационная рефлектометрия. Результаты измерений показали, что угловая частота вращения плазменных слоев различна и, таким образом, плазма вращается не как единое целое. Максимальная скорость вращения увеличивается с увеличением магнитного поля. Проведены оценки величин напряженности электрического поля в двух слоях и коэффициента α разделения частиц плазмы.Вперше для визначення швидкості обертання плазмових прошарків з np = ncr^1,2 в середовищі газометалевої плазми відбивного розряду була застосована двохчастотна НВЧ-флуктаційна рефлектометрія. Результати вимірювань показали, що кутова частота обертання плазмових прошарків різна і, таким чином, плазма обертається не як єдине ціле. Максимальна швидкість обертання збільшується зі збільшенням магнітного поля. Проведено оцінки величин напруженості електричного поля в двох прошарках і коефіцієнта α розділення частинок плазми

Comparative analysis of the refraction of microwaves at different frequencies in an inhomogeneous plasma of a high power impulse reflex discharge

The trajectories of microwave rays at 36 and 71 GHz frequencies are calculated. A time dependences of an amplitude of scattered microwave signals at 36 and 71 GHz frequencies are experimentally measured. A comparison and analysis of experimental and calculated data, which are in satisfactory agreement, has been carried out.Проведено розрахунки траєкторії мікрохвильових променів на частотах 36 і 71 ГГц. Експериментально вимірянo залежності амплітуди розсіяних мікрохвильових сигналів на частотах 36 і 71 ГГц у часі. Проведено порівняння і аналіз експериментальних та розрахункових даних, що задовільно узгоджуються між собою.Проведены расчеты траектории микроволновых лучей на частотах 36 и 71 ГГц. Экспериментально измерены зависимости амплитуды рассеянных микроволновых сигналов на частотах 36 и 71 ГГц от времени. Проведено сравнение и анализ экспериментальных и расчетных данных, которые находятся в удовлетворительном согласии

Status and prospects in stellarator research at IPP KIPT

A review of works performed at the Stellarator Department of KIPT is presented. It includes radio frequency (RF) plasma start-up, RF wall conditioning, RF plasma heating and diagnostics improvements at Uragan stellarators, studies of discharges for wall conditioning at Wendelstein 7-X Helias and some theoretical studies on magnetic configurations and tritium breeding. The prospects for the studies are associated with deeper involvement in EUROfusion activities.Представлено огляд робіт, виконаних у відділі стелараторів ХФТІ, які включають в себе: високочастотне (ВЧ) створення плазми, ВЧ-чистку стінок, ВЧ-нагрівання і удосконалення діагностик у стелараторах Ураган, дослідження розрядів для очищення стінок у геліасі Wendelstein 7-X і деякі теоретичні дослідження магнітних конфігурацій і відтворення тритію. Перспективи такого роду досліджень пов'язані з більш глибоким залученням у діяльність EUROfusion.Представлен обзор работ, выполненных в отделе стеллараторов ХФТИ, которые включают в себя: высокочастотное (ВЧ) создание плазмы, ВЧ-чистку стенок, ВЧ-нагрев и усовершенствования диагностик в стеллараторах Ураган, исследования разрядов для чистки стенок в гелиасе Wendelstein 7-X и некоторые теоретические исследования магнитных конфигураций и воспроизводства трития. Перспективы такого рода исследований связаны с более глубоким вовлечением в деятельность EUROfusion

Propagation of multicomponent plasma oscillations along the magnetic field in the pulsed reflex discharge

The angular velocity of equal-density plasma layer rotations along the magnetic field has been measured. The values obtained in different points are similar that is in accordance with the isorotation law. It has been established that in the plasma the oscillations are propagating along the magnetic field with a velocity value close to the Alfven velocity V ~ VA.Проведены измерения угловой скорости вращения плазменных слоев одинаковой плотности вдоль магнитного поля, значения которой оказались в различных точках близкими друг к другу, что согласуется с законом изоротации. Установлено, что в плазме вдоль магнитного поля распространяются колебания со скоростью, близкой по величине к aльфвеновской скорости V ~ VA.Проведено вимірювання кутової швидкості обертання плазмових шарів однакової густини уздовж магнітного поля, значення якої в різних точках виявилися близькими одне до одного, що узгоджується із законом ізоротації. Встановлено, що в плазмі уздовж магнітного поля розповсюджуються коливання із швидкістю, близькою по величині до альфвеновської швидкості V ~ VA

Radiation of multicomponent gas-metal plasma of a pulsed reflex discharge

Measurements on the radiation flux of gas-metal plasma formed in the medium of igniting gas (gas mixture) and sputtered cathode material in the pulsed reflex discharge were carried out. A spectrometric method was applied to determine the composition of gas-metal plasma formed.Проведены измерения потока излучения газометаллической плазмы, образованой в среде поджигающего газа (газовой смеси) и распыленного материала катода, в импульсном отражательном разряде. Спектрометрическим методом определен состав образуемой газометаллической плазмы.Проведено вимірювання потоку випромінювання газометалевої плазми, утвореної в середовищі запалювального газу (газової суміші) і розпорошеного матеріалу катода, в імпульсному відбивному розряді. Спектрометричним методом визначено склад утворюваної газометалевої плазми

Investigation on the possibility of determining plasma parameters by the method of low-frequency diagnostics

A possibility of determining some parameters (density, collision rate, magnetic field strength, mass-and-ion charge) of the plasma being in a magnetic field is under consideration. Peculiarities in the change of probing wave refraction and absorption values depending on the plasma parameters are investigated. Appreciation is made of the possibility for plasma diagnostics by means of probing using low-frequency electromagnetic waves with frequencies of ion-cyclotron range.Рассмотрена возможность определения некоторых параметров плазмы (плотности, частоты соударений, напряженности магнитного поля, массы и заряда ионов), находящейся в магнитном поле, за счет исследования особенностей изменения показателей преломления и поглощения зондирующей волны от этих параметров. Оценена возможность диагностики плазмы с помощью зондирования низкочастотными электромагнитными волнами с частотами порядка ионно-циклотронных.Розглянута можливість визначення деяких параметрів плазми (густини, частоти зіткнень, напруженості магнітного поля, маси і заряду іонів), що знаходиться в магнітному полі, за рахунок дослідження особливостей зміни показників заломлення і поглинання зондуючої хвилі від цих параметрів. Оцінена можливість діагностики плазми за допомогою зондування низькочастотними електромагнітними хвилями з частотами порядку іонно-циклотроних

Investigation of gas discharge burn conditions in a Penning geometry in gradient magnetic fields

Conditions of gas discharge burn in a Penning geometry the gradient magnetic field have been investigated. The values of the ignition voltage and volt-ampere characteristics of the gas discharge depending on the working gas pressure without and with a magnetic field are measured experimentally. The integral optic plasma radiation discharge value dependences on the working gas pressure are obtained. The values of the power released in the discharge cell and of the gas discharge plasma conductivity are determined.Проведены исследования режимов горения газового разряда в геометрии Пеннинга в градиентом магнитном поле. Экспериментально измерены величины напряжения зажигания и вольт-амперные характеристики газового разряда в зависимости от давления рабочего газа при отсутствии и наличии магнитного поля. Получены зависимости величины интегрального оптического излучения плазмы разряда от давления рабочего газа. Определены значения мощности, выделившейся в разрядной ячейке, а также проводимости газоразрядной плазмы.Проведено дослідження режимів горіння газового розряду в геометрії Пеннінга в градієнтному магнітному полі. Експериментально виміряні величини напруги запалювання та вольт-амперні характеристики газового розряду в залежності від тиску робочого газу при відсутності і наявності магнітного поля. Отримано залежності величини інтегрального оптичного випромінювання плазми розряду від тиску робочого газу. Визначено значення потужності, що виділилася в розрядної комірці, а також провідності газорозрядної плазми

Magneto-plasma separation as a method for reprocessing of spent fuel and radioactive waste

A variant of a separating device based on the plasma-beam discharge is considered, including: processes of radioactive material (SF and RAW) ionization; evaluation of the mass-production capacity of the device with taking into account the atomic weight of the separated substance and the spatial-density characteristics of the plasma used and main power consumption. The consideration enables one to estimate more objectively the potentialities of magneto-plasma separating devices and to determine the method for controlling them.Розглянуто варіант сепаруючого пристрою на основі пучково-плазмового розряду, у тому числі: процеси іонизації речовини ВЯП і РАВ; оцінка масової продуктивності пристрою з урахуванням атомної ваги виділюваної речовини і просторово-щільністних характеристик використовуваної плазми; оцінка основних енерговитрат. Проведений розгляд дозволяє більш предметно оцінити можливості магніто-плазмових сепараційних пристроїв і визначити спосіб їхнього регулювання.Рассмотрен вариант сепарирующего устройства на основе пучково-плазменного разряда, в том числе: процессы ионизации вещества ОЯТ и РАО; оценка массовой производительности устройства с учетом атомного веса выделяемого вещества и пространственно-плотностых характеристик используемой плазмы; оценка основных энергозатрат. Проведенное рассмотрение позволяет более предметно оценить возможности магнито-плазменных сепарационных устройств и определить способ их регулирования