Low frequency oscillations in U-2M conditioning RF discharges

MHD oscillations were studied in low magnetic field (B₀ = 0.01 T) radio frequency discharges of the URAGAN-2M (U-2M) stellarator. Coherent oscillations are observed by bolometers, triple Langmuir probe microwave interferometer (140 GHz) and magnetic pick-up coils in different toroidal cross-sections of U-2M. Modified diagnostics show, that the plasma beta (β = nT/(μ₀B² )) is rather high in these discharges in spite of the low temperature (Te = 10…50 eV) and density (ne = (0.5…1)∙10¹² cm⁻³ ) due to very low magnetic field. Variation of the magnetic configuration of U-2M substantially modifies fluctuations amplitude, oscillating modes type and frequency. Rotated m = 2 mode is transformed into the Sawtooth-like oscillations in different magnetic configurations. Strong dependence on the magnetic configuration indicates that observed in U-2M phenomena can have similar nature as in stellarator high temperature plasmas.МГД-осциляції плазми вивчалися у високочастотних розрядах стеларатора У-2М при малому магнітному полі (B0 = 0,01 Tл). Когерентні осциляції спостерігаються болометрами, потрійним ленгмюрівським зондом, НВЧ-інтерферометром (140 ГГц) і магнітними зондами в різних тороїдальних перерізах У-2М. Оновлені діагностики показують, що β плазми (β = nT/(μ₀B ² )) досить висока в цих розрядах завдяки низькому магнітному полю, незважаючи на низькі температуру (Te = 10…50 еВ) і густину (ne = (0,5…1)∙10¹² cм⁻³ ). Варіювання магнітної конфігурації У-2М значно змінює амплітуду флуктуацій, тип моди і частоту. Мода m = 2, що обертається, трансформується в пилкоподібні коливання в різних магнітних конфігураціях. Сильна залежність від магнітної конфігурації вказує, що спостережуваний на У-2М ефект може мати схожу природу з процесами, що і аналогічна поведінка осциляцій в гарячій плазмі стелараторів.МГД-осцилляции плазмы изучались в высокочастотных разрядах стелларатора У-2М при малом магнитном поле (B0 = 0,01 Tл). Когерентные осцилляции наблюдаются болометрами, тройным ленгмюровским зондом, СВЧ-интерферометром (140 ГГц) и магнитными зондами в различных тороидальных сечениях У-2М. Обновленные диагностики показывают, что β-параметр (β = nT/(μ₀B ² )) достаточно высок в этих разрядах, несмотря на низкие температуру (Te = 10…50 эВ) и плотность (ne = (0,5…1)∙10¹² cм⁻³ ). Благодаря низкому магнитному полю вариация магнитной конфигурации У-2М значительно изменяет амплитуду флуктуаций, тип моды и частоту. Вращающаяся мода m = 2 трансформируется в пилообразные колебания в различных магнитных конфигурациях. Сильная зависимость от магнитной конфигурации указывает, что наблюдаемый на У-2М феномен может иметь схожую природу с осцилляциями в горячей плазме стеллараторов

Continuous wall conditioning VHF discharge without magnetic field in a toroidal device

Experiments were carried out at Uragan-2M torsaron for wall conditioning without magnetic field. Plasma discharge was created with the same antenna and VHF generator used for weak magnetic field (B0=100 G) wall conditioning. Experiment was carried out during whole wall conditioning period of Uragan-2M experimental campaign. The dynamics of wall conditioning was obtained alongside with standard plasma parameters measurements.На торсатроне Ураган-2М был выполнен модельный эксперимент по чистке стенок вакуумной камеры без магнитного поля. Плазменный разряд создавался той же антенной и СВЧ-генератором, которые использовались для чистки в слабом магнитном поле (B0=100 Гс). Эксперимент проводился на протяжении всего периода чистки во время экспериментальной кампании Урагана-2М. Динамика чистки стенок была получена вместе со стандартными измеряемыми параметрами плазмы.На торсатроні Ураган-2М було проведено модельний експеримент із чистки стінок вакуумної камери без магнітного поля. Плазмовий розряд створювався тією самою антеною та НВЧ-генератором, що використовуються для чистки в слабкому магнітному полі (B0=100 Гс). Експеримент проводився впродовж всього періоду чистки пiд час експериментальної кампанії Урагана-2М. Динаміка чистки стінок була отримана разом із стандартними вимірюваними параметрами плазми

Two-strap RF antenna in Uragan-2M stellarator

A unshielded two-strap antenna had been installed in Uragan-2M. A vacuum chamber inner walls conditioning regime with the two-strap antenna is studied in a weak magnetic field. Plasma with the density nₑ~ (0.2…0.95)·10¹²сm⁻³ and sustained. The RF frequency was f₀~5 MHz, RF plasma was sustained in stationery magnetic field B₀≈0.01 T, at hydrogen pressure range 3·10⁻³…3·10⁻² Pa.Введена в експлуатацію на Урагані-2М багатофункціональна неекранована двонапіввиткова антена. Відпрацьована можливість роботи двонапіввиткової антени в режимі чистки внутрішніх поверхонь вакуумної камери в слабкому магнітному полі. Плазма створювалась і підтримувалась густиною nₑ~ (0.2…0.95)·10¹²сm⁻³. За робочої частоти f₀~5 МГц ВЧ-плазма створювалась у стаціонарному магнітному полі B₀≈0.01 Tл за тиску водню 3·10⁻³…3·10⁻² Па.Введена в эксплуатацию на Урагане-2М многофункциональная неэкранированная двухполувитковая антенна. Отработана возможность работы двухполувитковой антенны в режиме чистки внутренних поверхностей вакуумной камеры в малом магнитном поле Плазма создавалась и поддерживалась с плотностью ne~ (0.2…0.95)·10¹²сm⁻³. При рабочей частоте f₀~5 МГц ВЧ-плазма создавалась в стационарном магнитном поле B₀≈0.01 Tл при давлении водорода 3·10⁻³…3·10⁻² Па

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

Behaviour of the radiation of the suprathermal electrons at the Uragan-3M torsatron after RF heating off from ECE measurements

The microwave radiometry is a well-known diagnostics to obtain the information on temporal evolution and radial profile of the electron temperature at U-3M torsatron plasma experiments. However, under low plasma density with this diagnostics we report on the large production of runaway electrons after RF heating pulse off. We notice a gradually increasing of the radiometer signal at the frequencies that match the second and third harmonics of electron cyclotron emission of the extraordinary mode. This effect could be explained with the existence of the “runaway” electrons in U-3M discharge. A phenomenological description of this process is presented, where the time evolution of the ECE radiation signal is compared to the electron density evolution.Микроволновая радиометрия является хорошо известной диагностикой для получения информации о временной эволюции и виде радиального профиля температуры электронов во время плазменных экспериментов на торсатроне У-3М. Тем не менее, в случае низкоплотной плазмы при помощи этой диагностики наблюдается появление значительного числа «убегающих» электронов после отключения импульса высокочастотного нагрева. Замечено постепенное увеличение сигнала радиометра на частотах, которые соответствуют второй и третьей гармоникам электронной циклотронной эмиссии необыкновенной волны. Этот эффект можно объяснить существованием «убегающих» электронов в разряде У-3М. Представлено феноменологическое описание этого процесса, где временная эволюция сигнала излучения ECE сравнивается с эволюцией плотности электронов.Мікрохвильова радіометрія є добре відомою діагностикою, для отримання інформації про тимчасову еволюцію та вигляд радіального профілю температури електронів під час плазмових експериментів на торсатроні У-3М. Тим не менш, у випадку низькощільної плазми за допомогою цієї діагностики спостерігається поява значного числа «тікаючих» електронів після відключення імпульсу високочастотного нагріву. Помічено поступове збільшення сигналу радіометра на частотах, які відповідають другій і третій гармонікам електронної циклотронної емісії незвичайної хвилі. Цей ефект можна пояснити існуванням «тікаючих» електронів у розряді У-3М. Представлено феноменологічний опис цього процесу, де тимчасова еволюція сигналу випромінювання ECE порівнюється з еволюцією щільності електронів

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

Influence of working gas pulse injection and fluctuations of the magnetic field on the runaway electrons dynamics in Uragan-3M

Generation of runaway electrons in fusion experiments can drive to serious damage of plasma devices components. Injection of gas with a large mass number decreases the generation processes. Also, magnetic perturbations decrease generation of runaway electrons by increasing the loss rate. We investigated the influence of working gas pulse injection and natural fluctuations of the magnetic confining field on runaway electrons dynamics. The interaction of runaway electrons with an Alfven wave in plasma is noted.Генерація утікаючих електронів в експериментах синтезу може привести до серйозного пошкодження компонентів плазмових пристроїв. Інжекція важкого газу зменшує процеси генерації. Магнітні збурення також пригнічують генерацію утікаючих електронів за рахунок збільшення швидкості втрат. Досліджено вплив імпульсного напуску газу і природних флуктуацій утримуючого магнітного поля на динаміку утікаючих електронів. Відзначено взаємодія утікаючих електронів з альфвеновською хвилею в плазмі.Генерация убегающих электронов в экспериментах синтеза может привести к серьезному повреждению компонентов плазменных устройств. Инжекция тяжелого газа уменьшает процессы генерации. Магнитные возмущения также подавляют генерацию убегающих электронов за счет увеличения скорости потерь. Исследовалось влияние импульсного напускающего газа и естественных флуктуаций удерживающего магнитного поля на динамику убегающих электронов. Отмечено взаимодействие убегающих электронов с альфвеновской волной в плазме

Amplification of the runaway electrons flow in the Uragan-3М torsatron

In this work the results of amplification of the runaway electrons flow and interaction runaway electrons with RF-heating wave on the Uragan-3M torsatron are presented. Results described in the article confirm using runaway electrons for gas breakdown. The results allow making some recommendations for using of self-created flows of accelerated particles for stimulation of gas breakdown.Наведено результати експериментальних досліджень щодо посилення потоку утікаючих електронів, а також взаємодії потоку утікаючих електронів з електромагнітним полем хвилі, що збуджується високочастотним імпульсом у торсатроні Ураган-3М. Отримані результати підтверджують можливість пробою газу утікаючими електронами. Це дозволяє представити ряд рекомендацій по використанню потоків прискорених частинок для стимуляції високочастотного пробою.Приведены результаты экспериментальных исследований по усилению потока убегающих электронов, а также взаимодействию потока убегающих электронов с электромагнитным полем волны, возбуждаемой высокочастотным импульсом в торсатроне Ураган-3М. Полученные результаты подтверждают возможность пробоя газа убегающими электронами. Это позволяет представить ряд рекомендаций по использованию самопроизвольно формирующихся потоков ускоренных частиц для стимуляции высокочастотного пробоя