Distribution of 0.2…4.5 keV plasma ions in set of U-2M discharges

Charge exchange (CX) neutral fluxes were measured by neutral particle analyzer (NPA) in plasma discharges sustained by the W7-X-like radio frequency (RF) antenna in the Uragan-2M (U-2M) stellarator. CX fluxes in pure hydrogen discharge (B₀ = 0.36 T, f = 4.926 MHz) in stellarator configuration (effective perpendicular ion temperature T⊥ ≈ 450 eV) is less energetic in comparison with U-2M hybrid configuration (T⊥ ≈ 800 eV). RF discharge in stellarator configuration with helium and hydrogen mixture (B₀ = 0.351 T; f = 5.156 MHz, P = 6·10⁻⁴Torr) shows more energetic CX fluxes (T⊥ ≈ 1 keV). The ion cyclotron frequency distribution across the U-2M plasma has been studied numerically. These calculations are accompanied by direct measurement of the RF frequency by magnetic sensor. The ion cyclotron frequency is present in plasma bulk of all discharges under consideration.Потік нейтралів перезарядки вимірювався аналізатором нейтральних частинок у плазмових розрядах, що підтримуються радіочастотною W7-X-подібної антеною у стелараторі Ураган-2М (У-2М). Потоки нейтралів перезарядки в чисто водневому розряді (B₀ = 0,36 Тл, f = 4,926 МГц) у стелараторній конфігурації (ефективна перпендикулярна температура іонів T⊥ 450 эВ) менш енергійні в порівнянні з гібридною конфігурацією У-2М (T⊥≈ 800 эВ). ВЧ-розряд в стелараторній конфігурації з сумішшю гелію і водню (B₀ = 0,351 Тл; f = 5,156 МГц, P = 6 · 10⁻⁴Торр) показує більш енергійні потоки нейтралів перезарядки (T⊥ ≈ 1кэВ). Чисельний розрахунок розподілу іонної циклотронної частоти в плазмі У-2М, а також пряме вимірювання ВЧ частоти магнітним датчиком показують, що іонна циклотронна частота присутня в обсязі плазми всіх розглянутих розрядів.Поток нейтралов перезарядки измерялся анализатором нейтральных частиц в плазменных разрядах, поддерживаемых радиочастотной W7-X-подобной антенной в стеллараторе Ураган-2М (У-2М). Потоки нейтралов перезарядки в чисто водородном разряде (B₀ = 0,36 Тл, f = 4,926 МГц) в стеллараторной конфигурации (эффективная перпендикулярная температура ионов T⊥ ≈ 450 эВ) менее энергичны по сравнению с условиями гибридной конфигурации У-2М (T⊥ ≈ 800 эВ). ВЧ-разряд в стеллараторной конфигурации со смесью гелия и водорода (B₀ = 0,351 Тл; f = 5,156 МГц, P = 6 · 10⁻⁴Торр) показывает более энергичные потоки нейтралов перезарядки (T⊥ ≈ 1кэВ). Численный расчёт распределения ионной циклотронной частоты в плазме У-2М, а также прямое измерение ВЧ-частоты магнитным датчиком показывают, что ионная циклотронная частота присутствует в объёме плазмы всех рассматриваемых разрядов

Effects of water impact on optical properties of metallic mirror samples

The effects of exposure in water or water steam on optical properties of mirror samples fabricated of different metals were studied. Materials of samples were: tungsten, beryllium, molybdenum, stainless steel, nickel, copper, rhodium, and amorphous alloys of two compositions. The material of the mirror was found to play a decisive role in degree of impact of water or water vapor on mirror degradation. The most strongly degraded Mo and Cu mirror samples, and the lowest degradation was observed for SS and Rh/SS mirror samples. The reflectance can be restored practically initial level when after water impact procedure the mirrors are exposed to ions of Ar plasma with energy ≥100 eV up to ion fluence >10¹⁹ ion/cm².Вивчено ефекти впливу води або водяної пари на оптичні властивості зразків дзеркал, виготовлених з різних металів: молібдену, вольфраму, нержавіючої сталі, нікелю, міді, родію, берилію і аморфних сплавів двох композицій. Було виявлено, що матеріал дзеркала відіграє вирішальну роль у мірі впливу води або водяної пари на деградацію дзеркала. Найбільш сильно деградували Mo- і Cu- зразки, а найнижча деградація спостерігалася для дзеркал SS і Rh/SS. Коефіцієнт віддзеркалення може бути відновлений до практично початкового рівня, якщо після впливу води дзеркала піддаються впливу іонів Ar-плазми з енергією ≥100 еВ до іонного флюєнса >10¹⁹ іонів/см².Изучены эффекты воздействия воды или водяного пара на оптические свойства образцов зеркал, изготовленных из разных металлов: молибдена, вольфрама, нержавеющей стали, никеля, меди, родия, бериллия и аморфных сплавов двух композиций. Было обнаружено, что материал зеркала играет решающую роль в степени воздействия воды или водяного пара на деградацию зеркала. Наиболее сильно деградировали Mo- и Cu- образцы, а самая низкая деградация наблюдалась для зеркал SS и Rh/SS. Коэффициент отражения может быть восстановлен до практически начального уровня, если после воздействия воды зеркала подвергаются воздействию ионов Ar-плазмы с энергией ≥100 эВ до ионного флюенса >10¹⁹ ионов/см²

The method for in situ monitoring of the quality of in-vessel mirrors in a fusion reactor

In laser and optical methods of plasma diagnostics in ITER the most critical components of the measurement schemes will be the First Mirrors (FM) facing the burning plasma and located rather close to plasma volume. It is very important to check regularly the working condition of FM surface in situ, e.g., to control the Quality of transmitted Image (IQ) or signal. In the present work we compare the results of measurements of IQ made in situ, directly on the plasma device DSM-2 during mirror exposure to ion bombardment, with a compact optical scheme in use, and the results of ex situ measurements (on the DIQ stand) – with two times longer distance to mirror (~2.5 meters).В лазерних та оптичних методах діагностики плазми в ITER’і критичним елементом схеми вимірювань є перше дзеркало (FM), розміщене в безпосередній близькості до плазмового шнура. Тому дуже важливо відстежувати стан поверхні in situ, наприклад, контролюючи якість переданого зображення (IQ). У даній роботі ми порівнюємо результати вимірювань IQ зроблених за допомогою компактної оптичної схеми in situ, безпосередньо під час експонування дзеркала на плазмовій установці DSM-2, з результатами ex situ- вимірювань (на DIQ стенді) – з більш віддаленим положенням дзеркала.В лазерных и оптических методах диагностики плазмы в ITER’е критичным элементом схемы измерений является первое зеркало (FM), размещённое в непосредственной близости к плазменному шнуру. Поэтому очень важно отслеживать состояние поверхности in situ, например, контролируя качество передаваемого изображения (IQ). Мы сравниваем результаты измерений IQ, сделанных с использованием компактной оптической схемой in situ, непосредственно во время экспонирования зеркала на плазменной установке DSM-2, с результатами ex situ- измерений (на DIQ стендe) – с более удалённым положением зеркала

Simulating study of plasmachemical erosion of a-C:H films in a ECR discharge plasma

The dynamics of interference figure of the reflection spectrum for stainless steel and copper mirrors with specially deposited carbon-containing film (ɚ-C:H) were studied when the film was gradually eroded under impact of a deuterium plasma produced in conditions of electron cyclotron resonance (ECR). The refraction coefficient of the film was estimated and the rate of the film removal was obtained.Досліджувалася динаміка інтерференційної картини спектру віддзеркалення сталевих і мідних дзеркал з штучно нанесеною вуглецьвмісною плівкою (a-C:H) по мірі розпилювання в дейтерієвій плазмі ЕЦР-розряду. Проведена оцінка коефіцієнта заломлення плівки. Отримана кількісна оцінка швидкості розпилювання.Исследовалась динамика интерференционной картины спектра отражения стальных и медных зеркал с искусственно нанесенной углеродсодержащей пленкой (a-C:H) по мере распыления в дейтериевой плазме ЭЦР-разряда. Проведена оценка коэффициента преломления пленки. Получена количественная оценка скорости распыления

Magnetic surfaces of stellarator-mirror hybrid in the Uragan-2М torsatron

This study was carried out in support of the possibility of a nuclear fusion neutron source based on the plasma trap with a stellarator-mirror hybrid magnetic system to control the subcritical, fast nuclear reactor. The experiments were performed in Uragan-2M device, the torsatron with additional toroidal magnetic field, to measure the magnetic surfaces when the stellarator-mirror magnetic system is created by switching off a single toroidal magnetic field coil. The experiments confirmed the existence of closed magnetic surfaces in such a combined system.Это исследование выполнено в обоснование возможности создания термоядерного источника нейтронов на основе плазменной ловушки с гибридной магнитной системой стелларатор-пробкотрон для управления подкритическим быстрым ядерным реактором. На установке Ураган-2М, торсатроне с дополнительным тороидальным магнитным полем, проведены эксперименты по измерению магнитных поверхностей, когда магнитная система стелларатор-пробкотрон создается отключением одной катушки тороидального магнитного поля. Эксперименты подтвердили существование замкнутых магнитных поверхностей в такой комбинированной системе.Ці дослідження виконані для обґрунтування можливості створення термоядерного джерела нейтронів на основі плазмової пастки з гібридною магнітною системою стеларатор-пробкотрон для керування підкритичним швидким ядерним реактором. На установці Ураган-2М, торсатроні з додатковим тороїдальним магнітним полем, виконані експерименти по вимірюванню магнітних поверхонь тоді, коли магнітна система стеларатор-пробкотрон утворюється відключенням однієї котушки тороїдального магнітного поля. Експерименти підтвердили існування замкнених магнітних поверхонь у такій комбінованій системі

Image quality as a possible method of in situ monitoring the in-vessel mirrors

The plasma facing mirrors (FM) in ITER will be subjected to sputtering and / or contamination with the rates depending on mirror locations. The result of influence of both these factors will be reduce of mirror reflectance (R) and worsen the quality of transmitted image (IQ). This implies that control of the mirror quality in- situ is an actual problem, and this work is an attempt to approach to its solution. The method suggested for evaluation of IQ was applied to mirrors exposed in LHD, TRIAM-1M, TS and in the DSM-2 stand (IPP NSC KIPT)

Impact of long-term sputtering on mirror samples fabricated from different kind tungsten

The results are presented on effects of long term sputtering of mirror-like samples made of pure tungsten and tungsten with dopants (Y, K-Al, La). The dynamics of surface relief and optical characteristics were measured depending on the depth of erosion under Ar ion bombardment; the rate of sputtering was estimated by the use of mass loss measurements. Difference was found in the character of surface relief, rate of degradation of reflectance and relation between specular and diffusive components of reflected light for different kind W samples.Проведено сравнение поведения образцов зеркал из чистого вольфрама и вольфрама с добавками (Y, K-Al, La) при длительной бомбардировке ионами аргона. Измерялись оптические характеристики поверхности и динамика её рельефа в зависимости от толщины распылённого слоя, которая определялась по потере массы. Обнаружено большое различие в характере рельефа, скорости деградации коэффициента отражения и соотношения зеркального и диффузного компонент отражённого света для зеркалец из вольфрама разного типа.Проведено порівняння поведінки зразків дзеркал з чистого вольфраму и вольфраму с домішками (Y, K-Al, La) при довготривалому бомбардуванні іонами аргону. Вимірювались оптичні характеристики поверхні і динаміка її рельєфу в залежності від товщини розпиленого шару, яка знаходилась по втраті маси зразка. Знайдено велику різницю в характері рельєфу, швидкості деградації коефіцієнту відбиття і співвідношення дзеркального і дифузного компонентів відбитого світла для дзеркалець з різного типу вольфраму