Comparison of runaway electron generation parameters in small, medium-sized and large tokamaks-A survey of experiments in COMPASS, TCV, ASDEX-Upgrade and JET

This paper presents a survey of the experiments on runaway electrons (RE) carried out recently in frames of EUROFusion Consortium in different tokamaks: COMPASS, ASDEXUpgrade, TCV and JET. Massive gas injection (MGI) has been used in different scenarios for RE generation in small and medium-sized tokamaks to elaborate the most efficient and reliable ones for future RE experiments. New data on RE generated at disruptions in COMPASS and ASDEX-Upgrade was collected and added to the JET database. Different accessible parameters of disruptions, such as current quench rate, conversion rate of plasma current into runaways, etc have been analysed for each tokamak and compared to JET data. It was shown, that tokamaks with larger geometrical sizes provide the wider limits for spatial and temporal variation of plasma parameters during disruptions, thus extending the parameter space for RE generation. The second part of experiments was dedicated to study of RE generation in stationary discharges in COMPASS, TCV and JET. Injection of Ne/Ar have been used to mock-up the JET MGI runaway suppression experiments. Secondary RE avalanching was identified and quantified for the first time in the TCV tokamak in RE generating discharges after massive Ne injection. Simulations of the primary RE generation and secondary avalanching dynamics in stationary discharges has demonstrated that RE current fraction created via avalanching could achieve up to 70–75% of the total plasma current in TCV. Relaxations which are reminiscent the phenomena associated to the kinetic instability driven by RE have been detected in RE discharges in TCV. Macroscopic parameters of RE dominating discharges in TCV before and after onset of the instability fit well to the empirical instability criterion, which was established in the early tokamaks and examined by results of recent numerical simulations.EURATOM 633053Fundação para a Ciência e Tecnologia UID/FIS/50010/2013Ministry of Education and Science of the Russian Federation 14.619.21.0001, 15.08.2014, RFMEFI61914X000

Studies of run-away electron beams and hard x-ray emission in ISTTOK tokamak

The paper describes measurements of fast run-away electron beams emitted from a plasma torus in the ISTTOK tokamak, which were performed by means of a new Cherenkov-type detector equipped with four radiators made of aluminium-nitrate (AlN) crystals of 10 mm in diameter and 2.5 mm in thickness each. The measuring head was fixed to a movable support, which enabled the radiators to be placed in chosen positions along the minor radius of ISTTOK. The radiators were coated with molybdenum (Mo) layers of different thicknesses since the main aim of this study was to estimate an energy spectrum of the recorded electrons. Attention was also paid to measurements of hard X-rays emitted from ISTTOK and to their correlations with run-away electrons. The investigated correlations showed that the both emissions are strongly coupled.Описано виміри швидких втікаючих електронних пучків, що випускається з плазмового тора в токамаці ISTTOK, що було виконано за допомогою нових черенковських детекторів, оснащених чотирма радіаторами з нітратуалюмінію (AIN) із кристалами діаметром 10 і товщиною 2,5мм кожний. Вимірювальна головка була встановлена на рухливій підставі,що дозволило розміщати радіатори в обраних позиціях по малому радіусі ISTTOK. Радіатори були покриті молібденовими (Мо) шарами різної товщини ,оскільки основною метою даного дослідження було оцінити енергетичний спектр електронів, що регіструються. Увага була також приділена виміру твердого рентгенівського випромінювання з ISTTOK і його кореляції з втікаючими електронами. Досліджені кореляції показали, що обоє випромінювання сильно зв’язані.Описываются измерения быстрых убегающих электронных пучков, испускаемых из плазменного тора в токамаке ISTTOK, которые были выполнены с помощью новых черенковских детекторов, оснащенных четырьмя радиаторами из нитратаалюминия (AIN) с кристаллами диаметром 10 и толщиной 2,5 мм каждый. Измерительная головка была установлена на подвижном основании, что позволило размещать радиаторы в выбранных позициях по малому радиусу ISTTOK. Радиаторы были покрыты молибденовыми (Мо) слоями различной толщины, поскольку основной целью данного исследования было оценить энергетический спектр регистрируемых электронов. Внимание было также уделено измерению жесткого рентгеновского излучения из ISTTOK и его корреляции с убегающими электронами. Исследованные корреляции показали, что оба излучения сильно связаны

Development and use of Сherenkov-type detectors for measurements of fast electrons in tokamaks

The paper reports on progress in design and use of novel detectors for experimental studies of fast (run-away and ripple-born) electrons in various experiments of the tokamak type. The idea of the use of a Cherenkov effect for direct on-line measurements of the fast electrons within tokamaks was presented by scientists from the NCBJ (former IPJ) several years ago. Successive efforts led to the development of prototype detector heads equipped with diamond or aluminium nitrate (AlN) crystals, which were shielded with very thin metal filters in order to eliminate the visible light from plasma and to enable a rough energy analysis of electrons. Those Cherenkov radiators were coupled through optical-fibre cables with fast photomultipliers. Those prototypes were applied for test measurements within the CASTOR experiment in Prague, and later in the ISSTOK device in Lisbon, but the main aim remained to develop the Cherenkov detectors for the TORE-SUPRA experiment in Cadarache.В этой статье представлен прогресс в разработке и использовании новаторских детекторов для экспериментального исследования быстрых (убегающих и генерируемых на неоднородностях) электронов в различных экспериментах на токамаке. Идея использования эффекта Черенкова для прямых измерений быстрых электронов в режиме реального времени в токамаке был представлен учеными из НЦЯП (бывший ИЯП) несколько лет назад. Последовательные усилия привели к разработке прототипа детекторных головок оснащенного кристаллами алмаза или нитрата алюминия (AlN), которые были покрыты очень тонкими металлическими фильтрами для исключения влияния видимого света из плазмы и позволяющими грубо оценить энергию электронов. Эти счетчики Черенкова были соединены через волоконно-оптические кабели с быстрыми ФЭУ. Эти прототипы были применены для тестовых измерений в экспериментах на CASTOR в Праге, а затем в Лиссабоне на установке ISSTOK, но главной целью остается разработка детекторов Черенкова для экспериментов на Tore-Supra в Кадараше.У цій статті йдеться про прогрес у розробці та використанні новаторських детекторів для експериментального дослідження швидких (утеклих і тих., що генеруються на неоднорідностях) електронів в різних експериментах на токамаці. Ідея використання ефекту Черенкова для прямих вимірювань швидких електронів в режимі реального часу в токамаке був представлений вченими з НЦЯП (колишній ІЯП) кілька років тому. Послідовні зусилля привели до розробки прототипу детекторних головок оснащеного кристалами алмазу або нітрату алюмінію (AlN), які були покриті дуже тонкими металевими фільтрами для виключення впливу видимого світла з плазми і дозволяють грубо оцінити енергію електронів. Ці лічильники Черенкова були з'єднані через волоконно-оптичні кабелі з швидкими ФЕУ. Ці прототипи були застосовані для тестових вимірювань в експериментах на CASTOR в Празі, а потім в Лісабоні на установці ISSTOK, але головною метою залишається розробка детекторів Черенкова для експериментів на Tore-Supra в Кадараші

Comparison of runaway electron generation parameters in small, medium-sized and large tokamaks: a survey of experiments in COMPASS, TCV, ASDEX-Upgrade and JET

Documento escrito por un elevado número de autores/as, sólo se referencia el/la que aparece en primer lugar y los/as autores/as pertenecientes a la UC3M.This paper presents a survey of the experiments on runaway electrons (RE) carried out recently in frames of EUROFusion Consortium in different tokamaks: COMPASS, ASDEX-Upgrade, TCV and JET. Massive gas injection (MGI) has been used in different scenarios for RE generation in small and medium-sized tokamaks to elaborate the most efficient and reliable ones for future RE experiments. New data on RE generated at disruptions in COMPASS and ASDEX-Upgrade was collected and added to the JET database. Different accessible parameters of disruptions, such as current quench rate, conversion rate of plasma current into runaways, etc have been analysed for each tokamak and compared to JET data. It was shown, that tokamaks with larger geometrical sizes provide the wider limits for spatial and temporal variation of plasma parameters during disruptions, thus extending the parameter space for RE generation. The second part of experiments was dedicated to study of RE generation in stationary discharges in COMPASS, TCV and JET. Injection of Ne/Ar have been used to mock-up the JET MGI runaway suppression experiments. Secondary RE avalanching was identified and quantified for the first time in the TCV tokamak in RE generating discharges after massive Ne injection. Simulations of the primary RE generation and secondary avalanching dynamics in stationary discharges has demonstrated that RE current fraction created via avalanching could achieve up to 70–75% of the total plasma current in TCV. Relaxations which are reminiscent the phenomena associated to the kinetic instability driven by RE have been detected in RE discharges in TCV. Macroscopic parameters of RE dominating discharges in TCV before and after onset of the instability fit well to the empirical instability criterion, which was established in the early tokamaks and examined by results of recent numerical simulations.This work has been carried out within the framework of the EUROFusion Consortium and has received funding from the EURATOM research and training programme 2014–2018 under grant agreement No 633053. IST activities also received financial support from "Fundação para a Ciência e Tecnologia" through project UID/FIS/50010/2013. A.E. Shevelev and E.M. Khilkevitch are grateful for financial support from the Ministry of Education and Science of the Russian Federation (Agreement No.14.619.21.0001, 15.08.2014, id RFMEFI61914X0001). The experiments on COMPASS were supported by the MEYS CR project No. LM2015045. The views and opinions expressed herein do not necessarily reflect those of the European Commission.Publicad

Runaway generation during disruptions in JET and TEXTOR

Runaway electrons generated during ITER disruptions are of concern for the integrity of the plasma facing components. It is expected that a power of up to 8 GW is exposed to ITER PFCs. We present ill this article observations from JET and TEXTOR on the generation of runaways and the heat load deposition. Suppression techniques like massive gas injection and resonant magnetic perturbations are discussed. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved