Effect of the minority ions on the ICRF heating of fusion plasmas

Additional plasma heating, for example ICRF (Ion Cyclotron Range of Frequencies) heating, allows heating only a group of the fuel particles which will initiate the thermonuclear fusion reaction. But the ICRF heating scenarios are sensitive to the small fractions of the impurities, the fusion products and the minority ions. Therefore the optimization of the fraction ratio between the fuel ions and other ion components is required. It takes into consideration the effect of the ion components on the heating mechanism, the power interchange between the plasma components and the power loss channels from the confinement volume. The conditions of transferring from minority heating regime to the mode conversion one is studied for the reactor relevant D-T experiments.Дополнительный нагрев плазмы, например, ВЧ-нагрев, позволяет нагревать только группу частиц топлива, которые будут инициировать термоядерную реакцию. Но сценарии ВЧ-нагрева чувствительны к малым фракциям примесей, продуктов реакции и ионов малой добавки. Поэтому требуется оптимизация процентного соотношения между ионами топлива и прочими ионами. Она должна принимать во внимание влияние ионных компонентов на механизмы нагрева, обмен энергией между компонентами плазмы и каналы ухода энергии из объёма удержания. Условия перехода от режима нагрева ионов малой добавки к режиму конверсии мод изучаются для перспективных экспериментов с дейтериево-тритиевой плазмой.Додаткове нагрівання плазми, наприклад, ВЧ-нагрівання, дозволяє нагрівати тільки групу частинок палива, які будуть ініціювати термоядерну реакцію. Але сценарії ВЧ-нагрівання є чутливими до малих фракцій домішок, продуктів реакції та іонів малої добавки. Тому є необхідність в оптимізації відсоткового співвідношення між іонами палива та іншими іонами. Оптимізація повинна приймати до уваги вплив іонних компонентів на механізми нагрівання, обмін енергією між компонентами плазми та канали втрати енергії з об’єму утримання. Умови переходу від режиму нагрівання іонів малої добавки до режиму конверсії мод вивчаються для перспективних експериментів з дейтерієво-тритієвою плазмою

Propagation of the fast magnetosonic wave through the generalized Budden barrier

Propagation of the fast magnetosonic wave through the generalized Budden barrier, which is formed by the ion-ion hybrid resonance and the accompanying L-cutoff, is studied. Analytical expressions for the transmission, reflection and conversion coefficients are derived. It is shown that the nonzero reflection from the barrier arises in case of the wave incidence from the resonance side, and the conversion coefficient can reach the value 48.6% for the cutoff incidence case. The obtained results generalize the formulas of the Budden theory in case of the different fast wave wavelength at the opposite sides of the ion-ion hybrid resonance.Решена задача распространения быстрой магнитозвуковой волны через обобщенный барьер Баддена, который образован ион-ионным гибридным резонансом и связанной с ним L-отсечкой. Получены аналитические выражения для коэффициентов прохождения, отражения и конверсии. Показано, что имеет место ненулевое отражение от барьера в случае падения волны со стороны резонанса, а коэффициент конверсии может достигать величины 48.6% при падении волны со стороны отсечки. Полученные результаты обобщают формулы теории Баддена на случай различной длины волны по разные стороны от ион-ионного гибридного резонанса.Розв’язано задачу про поширення швидкої магнітозвукової хвилі крізь узагальнений бар’єр Баддена, який утворений іон-іонним гібридним резонансом та L-відсічкою, що пов’язана з ним. Здобуто аналітичні вирази для коефіцієнтів проходження, відбиття та конверсії. Показано, що має місце ненульове відбиття від бар’єру для випадку падіння хвилі зі сторони резонансу, а коефіцієнт конверсії може сягати величини 48.6% за умови падіння хвилі зі сторони відсічки. Здобуті результати узагальнюють формули теорії Баддена на випадок різної довжини хвилі по різні боки від іон-іонного гібридного резонансу

Theory of surface cyclotron X-modes at the second harmonic of electron cyclotron frequency excited by alternating electric field

Instability of surface cyclotron X-modes at the second harmonic of electron cyclotron frequency (SCXM) in di-electric planar waveguide filled by plasma is studied in kinetic approximation. An external magnetic field is assumed parallel to the plasma surface. Doing that, two components of the SCXM wave vector, which are perpendicular to external magnetic filed have been taken into the account in Vlasov-Boltzmann kinetic equation. Unlike the previous consideration an amplitude value of the alternating electric field is assumed to be either less or approximately equal to unit. Simple expressions for growth rates of the SCXM parametrical instability are calculated. The obtained results can be used for controlling of gas discharges sustained by surface waves under the regime of electron cyclotron resonance.Неустойчивость поверхностных циклотронных Х-мод на второй гармонике электронных циклотронных частот (ПЦХМ) в диэлектрических планарных волноводах с плазменным наполнением исследована в кинетическом приближении. Внешнее магнитное поле считалось параллельным поверхности плазмы. При этом две компоненты волнового вектора ПЦХМ, перпендикулярные внешнему магнитному полю, были учтены в кинетическом уравнении Власова-Больцмана. В отличие от предыдущего подхода к решению этой проблемы амплитуда внешнего переменного электрического поля предполагалась меньшей или приблизительно равной единице. Простые выражения для инкрементов параметрической неустойчивости ПЦХМ выведены. Полученные результаты могут быть использованы при управлении газовыми разрядами, которые поддерживаются поверхностными волнами в режиме электронного циклотронного резонанса.Нестійкість поверхневих циклотронних Х-мод на другій гармоніці електронних циклотронних частот (ПЦХМ) у діелектричних планарних хвилеводах із плазмовим наповненням досліджено у кінетичному наближенні. Зовнішнє магнітне поле вважалося паралельним межі плазми. При цьому дві компоненти хвильового вектора ПЦХМ, що є перпендикулярними до зовнішнього магнітного поля, були враховані у кінетичному рівнянні Власова-Больцмана. На відміну від попереднього підходу до розв’язання цієї проблеми амплітуда зовнішнього змінного електричного поля вважалася меншою або приблизно рівною одиниці. Прості вирази для інкрементів параметричної нестійкості ПЦХМ виведено. Здобуті результати можна використати при керуванні газовими розрядами, що підтримуються поверхневими хвилями у режимі електронного циклотронного резонансу

COMPARATIVE STUDY OF FLEXURAL STRENGTH OF PHOTOCOMPOSITE DENTAL ENAMEL SEALANTS

Background. Dental caries is a widespread worldwide disease of multifactorial genesis. The leading mechanism of its development is a long-term imbalance of the physiological balance between the inorganic component of the teeth hard tissues and the liquid biofilm formed on their surface, the predominance of the demineralization processes in hard tissues over the processes of remineralization. The use of dental enamel sealants has proven to be effective in preventing and reducing the intensity of dental caries. Modern bioactive polymer sealants for enamel contain such remineralizing agents as sodium fluoride, nanoamorphous calcium phosphate, beta-tricalcium phosphate, and particles of bioactive glass. For all dental composite filling materials, mechanical stability is one of the prerequisites for the long-term clinical success of restorations and fillings, and accordingly, temporary protective structures made of sealants. Aim: to compare the flexural strength and modulus of elasticity of three modern photocomposite enamel sealants. Materials and methods. In laboratory conditions for three modern photocomposite dental materials for sealing fissures and pits of enamel "Fissurit FX" (VOCO), "Clinpro™ Sealant" (3M™ ESPE™) and "Jen-Fissufil" (Jendental-Ukraine LLC) a flexural strength (three-point test) and elastic modulus were determined in accordance with the requirements of the international standard ISO 4049:2019. 6 samples of each material, polymerized and kept for a day in humid conditions, were examined. Results. The highest elastic modulus and flexural strength were in "Fissurit FX" – 5.17±0.80 GPa (M=5.00 GPa) and 130.07±7.75 MPa (M=127.81 MPa), respectively. In "Clinpro™ Sealant" the elastic modulus was 2.97±0.12 GPa (М=3.00 GPa), the flexural strength was 100.01±14.33 (М=96.73) MPa. In "Jen-Fissufil" the elastic modulus was 3.47±0.52 GPa (M=3.17 GPa), the flexural strength was 90.91±6.66 MPa (M=93.02 MPa). The studied indicators of all three materials exceeded the requirements of the international standard ISO 4049:2019. Conclusion. The performed studies showed high mechanical properties of all three dental sealants for enamel and that they have the potential to withstand long-term periodic masticatory load when functioning on the surface of teeth

Nanotubular Crystals of Co-chrysotile (Co-hydro Silicate)

The purpose of this work is to determine the optimal parameters of synthesis of nano-tubular crystals Co-chrysotile. The optimal temperature ranges and pressure for the synthesis of nano-tubular crystals Co-chrysotile 573 – 673 K, 19.6 – 98.1 MPa at the time of isothermal exposure from 15 to 24 h. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3525

Precision of a FDTD method to simulate cold magnetized plasmas

The finite difference time domain (FDTD) method is applied to describe the propagation of the transverse electromagnetic waves through the magnetized plasmas. The numerical dispersion relation is obtained in a cold plasma approximation. The accuracy of the numerical dispersion is calculated as a function of the frequency of the launched wave and time step of the numerical grid. It is shown that the numerical method does not reproduce the analytical results near the plasma resonances for any chosen value of time step if there is not a dissipation mechanism in the system. It means that FDTD method cannot be applied straightforward to simulate the problems where the plasma resonances play a key role (for example, the mode conversion problems). But the accuracy of the numerical scheme can be improved by introducing some artificial damping of the plasma currents. Although part of the wave power is lost in the system in this case but the numerical scheme describes the wave processes in an agreement with analytical predictions.Метод конечных разностей во временной области (КРВО) применяется для описания распространения поперечных электромагнитных волн через магнитоактивную плазму. Численное дисперсионное уравнение получено в приближении холодной плазмы. Точность численной дисперсии посчитана как функция частоты распространяющейся волны и величины временного шага численной сетки. Показано, что при отсутствии механизмов диссипации в системе численный метод не воспроизводит аналитические результаты возле плазменных резонансов для любого выбранного временного шага. Это значит, что метод КРВО нельзя применять прямолинейно для моделирования задач, в которых плазменные резонансы играют ключевую роль (например, в задачах по изучению конверсии мод). Но точность численной схемы можно улучшить через включение механизма затухания для плазменных токов. Хотя в этом случае часть энергии волны теряется в системе, но численная схема описывает волновые процессы в соответствии с аналитическими предсказаниями.Метод кінцевих різниць у часовій області (КРЧО) застосовується для вивчення поширення поперечних електромагнітних хвиль через магнітоактивну плазму. Числове дисперсійне рівняння отримано в наближенні холодної плазми. Точність числової дисперсії обрахована як функція частоти електромагнітної хвилі та величини часового кроку числової сітки. Показано, що за відсутністю механізмів дисипації в системі числовий метод не відтворює аналітичні результати біля плазмових резонансів для будь- якого вибраного часового кроку. Це означає, що метод КРЧО не можна застосовувати прямолінійно для моделювання задач, у яких плазмові резонанси відіграють ключову роль (наприклад,у задачах з вивчення конверсії мод). Але точність числової схеми можна покращити через включення механізму загасання плазмових струмів. Хоча в цьому випадку частина енергії хвилі втрачається в системі, але числова схема описує хвильові процеси у відповідності до аналітичних передбачень

Coupled HF azimuthal waves in magnetoactive waveguide partially filled by current-carrying plasma

Coupled surface extraordinarily polarized waves and bulk ordinarily polarized waves are proved to propagate along azimuthal direction in the cylindrical metal waveguide that is partially filled by cold magneto-active plasma in the frequency range above upper hybrid resonance. Their interaction and linear conversion is investigated under the condition of an external magnetic field with both axial and azimuthal components application.Показано, что связанные поверхностные необыкновенно поляризованные волны и объемные обыкновенно поляризованные волны могут распространяться в азимутальном направлении в цилиндрическом металлическом волноводе, который частично заполнен холодной магнитоактивной плазмой в частотном диапазоне выше верхнего гибридного резонанса. Их взаимодействие и линейная конверсия исследованы в условиях приложения внешнего магнитного поля с аксиальной, а также азимутальной составляющими.Показано, що зв’язані поверхневі незвичайно поляризовані хвилі та об’ємні звичайно поляризовані хвилі можуть поширюватись в азимутальному напрямку в циліндричному металевому хвилеводі, який частково заповнено холодною магнітоактивною плазмою в частотному діапазоні вище верхнього гібридного резонансу. Їхні взаємодія та лінійна конверсія досліджені за умов прикладення зовнішнього магнітного поля з аксіальною, а також азимутальною складовими

Effect of plasma rotation on the resonance magnetic perturbations at the edge of tokamak plasmas

In the frame of one-fluid MHD the pressure perturbation resonant excitation by external low frequency helical magnetic perturbations near the plasma edge is investigated. The plasma rotation plays a key role in this phenomenon. The plasma response has been taken into account. These pressure perturbations may affect stability of the ballooning and peeling modes.В рамках одножидкостной МГД исследовано резонансное возбуждение возмущений давления у края плазмы внешними низкочастотными винтовыми возмущениями магнитного поля. Вращение плазмы играет ключевую роль в этом явлении. Учтен отклик плазмы. Эти возмущения давления могут влиять на устойчивость баллонных и пилинг-мод.У рамках однорідинної МГД досліджено резонансне збудження збурень тиску біля краю плазми зовнішніми низькочастотними гвинтовими збуреннями магнітного поля. Обертання плазми відіграє ключову роль у цьому явищі. Враховано відгук плазми. Ці збурення тиску можуть впливати на стійкість балонних та пілінг-мод

Fast Alfvén wave propagation in milticomponent nonuniform plasmas

The problem of the conversion, reflection and transmission of the fast Alfvén wave propagating in multicomponent nonuniform plasmas is studied. The dependences of the wave scattering characteristics on the plasma composition and parallel wave number have been obtained. The results can be used to control the part of the launched power converted to the slow short wavelength mode and to prevent the essential reflection of the wave power back to the antenna.Вивчається задача конверсії, відбиття та проходження швидкої магнітозвукової хвилі, яка поширюється у багатокомпонентній неоднорідній плазмі. Отримано залежності характеристик проходження хвилі від складу плазми та від паралельного хвильового вектора. Отримані результати можуть бути використані для керування частиною енергії хвилі, яка конвертується у короткохвильову моду, та для запобігання суттєвого відбиття енергії хвилі назад до антени.Изучается задача конверсии, отражения и прохождения быстрой магнитозвуковой волны, распространяющейся в многокомпонентной неоднородной плазме. Получены зависимости характеристик прохождения волны от состава плазмы и от параллельного волнового вектора. Полученные результаты могут быть использованы для управления частью энергии волны, которая конвертируется в коротковолновую моду, и для предотвращения существенного отражения энергии волны назад к антенне

Azimuthal surface waves in toroidal magnetic traps

Extraordinary polarized electromagnetic surface waves are known to propagate with zero axial wave number (kz=0) along the small azimuth j nearby the interface of a cold uniform plasma located in cylindrical metal chambers and immersed into axial steady magnetic field B0z [1]. These waves are called as azimuthal surface waves (ASW). ASW are shown to be eigen modes of toroidal plasmas. Their dispersion properties are examined with taking into account numerous peculiarities of plasma in toroidal traps: a magnitude of the external toroidal magnetic field, a thickness of the vacuum layer between plasma and metal chamber, a small radius of plasma, toroidal and ripple variations in steady magnetic field, a deviation of plasma-vacuum and vacuum–metal cross-sections’ shapes from a circle, a presence of the poloidal component of the confining magnetic field, a non-uniformity of the density radial profile, etc. ASW with frequencies over the electron cyclotron frequency |we| are shown to be absorbed within the local resonance region, ε₁(r₀)= 0, where ε1 is the diagonal element of the plasma dielectric tensor. Possibility is shown of additional heating of a radially inhomogeneous plasma in small toroidal devices with a rippled magnetic field via the absorption of satellite harmonics of the ASW with frequencies below |we| within the local resonance region, ε₁(r₁) = [2πc/(ωL)]², where L is the ripple period.Показано, що незвичайно поляризовані електромагнітні хвилі можуть поширюватися з нульовим тороїдним хвильовим числом уздовж малого азимута поблизу поверхні плазми у тороїдній металевій камері з магнітним полем. Їхні дисперсійні властивості досліджено з урахуванням численних особливостей плазми тороїдних пасток. Особливу увагу приділено поглинанню цих хвиль у плазмі з радіально-неоднорідним профілем густини.Показано, что необыкновенно поляризованные электромагнитные волны могут распространяться с нулевым тороидальным волновым числом вдоль малого азимута вблизи поверхности плазмы в тороидальной металлической камере с магнитным полем. Их дисперсионные свойства исследованы с учетом многочисленных особенностей плазмы тороидальных ловушек. Особое внимание уделено поглощению этих волн в плазме с радиально- неоднородным профилем плотности