Heavy ion beam probing conceptual design for the Globus-M2 tokamak

The paper discusses the application of the heavy ion beam probe (HIBP) diagnostic to the Globus-M2 spherical tokamak. Probing beam trajectory calculations were conducted to find the optimal position for HIBP primary and secondary beam-linesin the realistic machine geometry. Three configurations of the vacuum vessel ports of Globus-M2 were considered for the regime with toroidal magnetic field Btor=0.7 T and plasma current Ipl=0.5 MA. The optimal probing scheme with the widest area of the plasma cross-section covered by the detector grid was selected. For this scheme, the secondary beam-line was proposed.Розглянута можливість встановлення діагностики плазми пучком важких іонів на сферичний токамак Глобус-М2. Для визначення оптимального положення первинного і вторинного іонопроводів HIBP були проведені розрахунки траєкторій зондувального пучка з урахуванням реальної геометрії установки. Розглянуто три варіанти вхідних патрубків та режим з тороїдальним магнітним полем Btor=0,7 Тл та струмом плазми Ipl=0,5 MA. Обрано оптимальну схему зондування, що забезпечує максимальну площу покриття вертикального перерізу плазми детекторною сіткою, і конфігурація вторинного іонопроводу.Рассмотрена возможность установки диагностики плазмы пучком тяжелых ионов на сферический токамак Глобус-М2. Для определения оптимального положения первичного и вторичного ионопроводов HIBP были проведены расчеты траекторий зондирующего пучка с учетом реальной геометрии установки. Рассмотрены три варианта входных патрубков и режим с тороидальным магнитным полем Btor=0,7 Тл и током плазмы Ipl=0,5 MA. Выбраны оптимальная схема зондирования, обеспечивающая максимальную площадь покрытия вертикального сечения плазмы детекторной сеткой, и конфигурация вторичного ионопровода

High voltage test bench for heavy ion beam probe diagnostics on T-15MD tokamak

D-shaped tokamak T-15MD is nowunder construction in the NRC “Kurchatov Institute”. Heavy ion beam probing (HIBP) is an important part of T-15MD diagnostic system. Calculations of the probing ions trajectories show that the beam will pass through the plasma about 1.0…1.5 m, which can lead to its significant attenuation. HIBP operation requires obtaininga high-current long-focus probing beam of Tl+ ions (I = 200…400 μA, f = 4…6 m, d ≤ 10 mm). A high voltage (300 keV) test-benchto test such beams is eing created now. Numerical modeling shows the possibility of a beam formation with a current of 300 μA and diameter 12 mm at 6 m from the ion emitter.Зараз в НДЦ «Курчатовський інститут» ведеться будівництво токамака Д-образного перерізу Т-15МД. Зондування пучком важких іонів (ЗПВІ) є важливою частиною діагностичного комплексу Т-15МД. Розрахунки траєкторій зондувальних іонів показують, що пучок буде проходити у плазмі шлях довжиною 1,0…1,5 м, що може призводити до значного його ослаблення. Для забезпечення можливості вимірювань параметрів плазми потрібно отримати сильнострумових довгофокусних зондувальних пучків Tl+ (I = 200…400 мкА, f = 4…6 м, d ≤ 10 мм). На даний час у Курчатовському інституті створюється діагностичний стенд для вирішення цієї задачі. На цьому стенді будуть проводитися експерименти по фокусуванню іонних пучків з енергією до 300 кеВ, а також вивчатися властивості термоіонних емітерів і час їх життя. Розрахунки руху іонів в інжекторі показують можливість створення пучка струмом 300 мкА, діаметром 12 мм на відстані 6 м від іонного емітера.В НИЦ «Курчатовский институт» ведется строительство токамака Д-образного сечения Т-15МД. Зондирование пучком тяжелых ионов (ЗПТИ) является важной частью его диагностического комплекса. Расчеты траекторий зондирующих ионов показывают, что пучок будет проходить по плазме путь длиной 1,0…1,5 м, что может приводить к значительному его затуханию. Возможность измерения параметров плазмы требует получения сильноточных длиннофокусных зондирующих пучков ионов Tl+ (I = 200…400 мкА, f = 4…6 м, d ≤ 10 мм). Тестовый стенд для этой задачи сейчас создается. На этом стенде будут проводиться эксперименты по фокусировке ионных пучков с энергией до 300 кэВ, а также изучаться свойства термоионных эмиттеров и время их жизни. Расчеты движения заряженных частиц в ионнооптической системе инжектора показывают возможность создания пучка током 300 мкА, диаметром 12 мм на расстоянии 6 м от ионного эмиттера

The study of the radial location of quasi-coherent modes by heavy ion beam probe in the TJ-II stellarator

Recent experiments in low magnetic shear flexible heliac TJ-II have shown that steady frequency and chirping Alfvén Eigenmodes take place with 100 kHz< fAE <300 kHz at both pure NBI and combined ECR and NBI heated plasmas with low line-averaged density ne = (0.3…1.5)×10¹⁹ m⁻³ at Low Field Side (LFS) and High Field Side (HFS) of the plasma column. Furthermore, several types of low-frequency modes with f < 30 kHz, such as suprathermal electrostatic modes, tearing-like modes, quasicoherent modes with long-range potential correlations, were also observed. Power spectra for electrostatic and electromagnetic oscillations for all types of modes are presented along with their spatial location detected by dual Heavy Ion Beam Probe (HIBP).Експерименти на стелараторі TJ-II показують, що альфвеновські моди у частотному діапазоні 100 кГц< fAE <300 кГц збуджуються в режимах з інжекцією пучка нейтральних атомів, а також в режимах з комбінованим ЕЦР-нагріванням і нейтральною інжекцією при середньохордовій густині електронів ne = (0,3 … 1,5)×10¹⁹ м⁻³. Моди збуджуються як на стороні слабкого, так і на стороні сильного поля. Крім того, у плазмі TJ-II спостерігаються моди з частотами f <30 кГц, а саме моди, що збуджуються швидкими електронами, тірінг-подібні моди, а також моди, що характеризуються далекими кореляціями електричного потенціалу. Деякі моди мають тільки електростатичну компоненту коливань, інші також видно на спектрах коливань густини електронів і полоїдального магнітного поля. У рамках даної роботи була визначена радіальна локалізація кожного типу згаданих квазікогерентних мод. Для цього використовувалися два діагностичних комплекси на пучках важких іонів, магнітні зонди і болометри (AXUV-детектори).Эксперименты на стеллараторе TJ-II показывают, что альфвеновские моды в частотном диапазоне 100 кГц< fAE <300 кГц возбуждаются в режимах с инжекцией пучка нейтральных атомов, а также в режимах с комбинированным ЭЦР-нагревом и нейтральной инжекцией при среднехордовой плотности электронов ne = (0,3…1,5)×10¹⁹ м⁻³. Моды возбуждаются как на стороне слабого, так и на стороне сильного поля. Кроме того, в плазме TJ-II наблюдаются моды с частотами f < 30 кГц, а именно моды, возбуждаемые быстрыми электронами, тиринг-подобные моды, а также моды, характеризующиеся дальними корреляциями электрического потенциала. Некоторые моды имеют только электростатическую компоненту колебаний, другие также видны на спектрах колебаний плотности электронов и полоидального магнитного поля. В рамках данной работы была определена радиальная локализация каждого типа упомянутых квазикогерентных мод. Для этого использовалось два диагностических комплекса на пучках тяжелых ионов, магнитные зонды и болометры (AXUV-детекторы)

High-intensity cesium ion beams for HIBP diagnostics

The goal of the research is to expand the capabilities of the heavy ion beam probing (HIBP) diagnostic. HIBP is a unique diagnostic, capable to measure plasma potential, density and their fluctuations, as well as the poloidal magnetic field fluctuations in the core and edge plasmas. The sensitivity of the diagnostic is determined by the level of the output signal related to the instrumental noise. The level of the probing beam current should be as high as possible, especially for measurements at the periphery with low output signal due to low plasma density, and in the core, where the beam is attenuated due to the high plasma density. Optimization experiments have shown the possibility of ion beam forming in the current range from 40 to 800 μA.Мета дослідження – розширити можливості діагностики за допомогою зондування плазми пучком важких іонів (ЗППВІ). ЗППВІ – це унікальна діагностика, здатна вимірювати потенціал, густину плазми і їх флуктуації, а також флуктуації полоідального магнітного поля в центрі та периферії плазми. Чутливість діагностики визначається рівнем вихідного сигналу, щодо інструментального шуму. Рівень струму зондувального пучка повинен бути якомога більш високим, особливо для вимірювань на периферії з низьким вихідним сигналом через низьку густину плазми, а також у центрі, де пучок послаблюється через високу густину плазми. Експерименти з оптимізації показали можливість формування іонного пучка в діапазоні струму 40…800 мкА.Цель исследования – расширить возможности диагностики с помощью зондирования плазмы пучком тяжелых ионов (ЗППТИ). ЗППТИ – это уникальная диагностика, способная измерять потенциал, плотность плазмы и их флуктуации, а также флуктуации полоидального магнитного поля в центре и периферии плазмы. Чувствительность диагностики определяется уровнем выходного сигнала относительно инструментального шума. Уровень тока зондирующего пучка должен быть как можно более высоким, особенно для измерений на периферии с низким выходным сигналом из-за низкой плотности плазмы, а также в центре, где пучок ослабляется из-за высокой плотности плазмы. Эксперименты по оптимизации показали возможность формирования ионного пучка в диапазоне тока 40…800 мкА