Recent achievements of plasma research at IPJ, Swierk, Poland

This invited lecture describes the most important results of experimental and theoretical studies in the field of plasma physics and technology, which were obtained at the IPJ in Swierk during recent two years. The main topics were as follows: Selected problems of plasma theory; Investigation of plasma phenomena in pulse discharges of Plasma-Focus (PF) and Z-Pinch type; Development of the selected methods of plasma diagnostics; Research on experimental facilities for basic studies and industrial applications; Modification of material surfaces by means of pulse plasma-ion streams. Particular attention is paid to results obtained within a frame of the international scientific collaboration

Progress in high-temperature plasma research at NCBJ (former IPJ) in Poland

This invited lecture presents the most important results of theoretical and experimental studies of hightemperature plasma, which were performed at the NCBJ (former IPJ) in Otwock-Swierk, Poland, during recent two years. The research activity included: Studies of fast electrons and X-rays in Z-pinch and Tokamak devices; Research on applications of solid-state nuclear track detectors for detection of fast ions and neutrons emitted from plasma in experimental facilities of Z-pinch, Tokamak and ICF type; Investigations of high-temperature plasma streams and their interactions with solid targets; Ultra-high vacuum arc deposition of thin metallic films; Selected studies on plasma engineering of solid surfaces. The formation of the NCBJ (on Sept. 1, 2011) and its successive reorganization (on Jan. 1, 2012) led to the separation of the Division of Plasma Studies (TJ5) which is concentrated on high-temperature plasmas within frames of domestic and international research programs.Представлены наиболее важные результаты теоретического и экспериментального исследований высокотемпературной плазмы, которые были получены в НЦЯИ (бывший ИЯП) в Отвоцк-Шверке, Польша, за последние два года. Исследовательская деятельность включала в себя: исследования быстрых электронов и рентгеновского излучения в устройствах типа Z-пинч и токамаках; исследования по применению твердотельных трековых детекторов для регистрации быстрых ионов и нейтронов, испускаемых плазмой в экспериментальных установках Z-пинч, токамаках и установках инерциального термоядерного синтеза; исследования высокотемпературных плазменных потоков и их взаимодействия с твердыми мишенями; сверхвысокого вакуумно-дугового осаждения тонких металлических пленок; некоторые исследования по плазменной инженерии твердых поверхностей. Образование НЦЯИ (1 сентября 2011) и его последующая реорганизация (1 января 2012) привела к отделению Секции плазменных исследований (TJ5), работа которой направлена на изучение высокотемпературной плазмы в рамках внутренних и международных научно- исследовательских программ.Представлені найбільш важливі результати теоретичного та експериментального дослідження високотемпературної плазми, які були отримані в НЦЯІ (колишній ІЯП) в Отвоцк-Шверк, Польща, за останні два роки. Дослідницька діяльність включала в себе: дослідження швидких електронів і рентгенівського випромінювання в пристроях типу Z-пінч і токамаках; дослідження по застосуванню твердотільних трекових детекторів для реєстрації швидких іонів та нейтронів, що випускаються плазмою в експериментальних установках Z-пінч, токамак і установок інерціального термоядерного синтезу; дослідження високотемпературних плазмових потоків та їх взаємодії з твердими мішенями; надвисокого вакуумно-дугового осадження тонких металевих плівок; деякі дослідження по плазмовій інженерії твердих поверхонь. Утворення НЦЯІ (1 вересня 2011) та його подальша реорганізація (1 січня 2012) призвела до відокремлення Секції плазмових досліджень (TJ5), робота якої спрямована на вивчення високотемпературної плазми в рамках внутрішніх та міжнародних науково-дослідницьких програм

Comments on recent achievements of research on dense magnetized plasmas in Poland

This invited lecture presents author’s comments on results of the experimental studies of dense and high-temperature plasmas, which were carried out in Poland during recent two years. Those studies were performed with the PF-360U device at NCBJ, and the PF-1000U facility at IFPiLM. There were investigated fast electron beams and soft x-rays, an influence of thin metal wires and/or an admixture of heavier gases, an influence of a shape of the anode end, as well as plasma micro-structures in a pinch column, i.e. plasma filaments and hot-spots (of electron densities > 10¹⁹ cm⁻³ and electron temperatures ranging several keV). The detailed studies concerned also the VR and x-ray emissions, estimates of local electron temperatures, and fast deuteron beams. Other experiments were devoted to investigation of plasma jets which can have dimensionless parameters corresponding to astrophysical objects. There are also presented some examples of the technological applications of PF discharges, studied in a frame of the Polish-Ukrainian scientific collaboration. The author’s comments are followed by proposals of some future theoretical and experimental studies.Представлено коментарі автора про результати експериментальних досліджень щільних і високотемпературних плазм, що проводилися в Польщі протягом останніх двох років. Ці дослідження проводилися на установках ПФ-360U у Національному центрі ядерних досліджень та ПФ-1000U в Інституті фізики плазми і лазерного мікросинтезу. Особливу увагу приділено вивченню швидких електронних пучків і рентгенівського випромінювання, впливу тонких металевих дротів і/або суміші важких газів, впливу форми анода, а також плазмових мікроструктур у пінчі, тобто плазмових ниток і гарячих точок з електронною густиною > 10¹⁹ см⁻³ і електронними температурами близько декількох кілоелектронвольт. Детально описано також дослідження видимого та рентгенівського випромінювань, оцінки локальних електронних температур і пучків швидких дейтронів. Інші експерименти були присвячені вивченню плазмових струменів, які мають розміри, що відповідають астрофізичним об'єктам. У рамках польсько-українського наукового співробітництва представлені деякі приклади технологічного застосування ПФ-розрядів. Автор пропонує деякі теоретичні та експериментальні ідеї для подальших досліджень у цій області.Представлены комментарии автора о результатах экспериментальных исследований плотных и высокотемпературных плазм, которые проводились в Польше в течение последних двух лет. Эти исследования проводились на установках ПФ-360U в Национальном центре ядерных исследований и ПФ1000U в Институте физики плазмы и лазерного микросинтеза. Особое внимание уделялось изучению быстрых электронных пучков и рентгеновского излучения, влияния тонких металлических проволок и/или смеси тяжелых газов, влияния формы анода, а также плазменных микроструктур в пинче, т.е. плазменных нитей и горячих точек с электронной плотностью > 10¹⁹ см⁻³ и электронными температурами порядка нескольких килоэлектронвольт. Детально описано также исследование видимого и рентгеновского излучений, оценки локальных электронных температур и пучков быстрых дейтронов. Другие эксперименты были посвящены изучению плазменных струй, которые имеют размеры соответствующие астрофизическим объектам. В рамках польско-украинского научного сотрудничества представлены некоторые примеры технологического применения ПФ-разрядов. Автор предлагает некоторые теоретические и экспериментальные идеи для последующих исследований в этой области

Recent attainments of research on plasma physics and technology AT IPJ, Poland

This invited lecture presents the most important achievements of the IPJ team in theoretical- and experimental-studies in the field of plasma physics and technology during recent years. The main efforts concentrated on the development of diagnostic techniques and studies of plasmas in Plasma-Focus (PF) facilities and Multi-Rod Plasma Injectors (RPI). Other efforts concerned diagnostics of fast electrons in selected Tokamaks (CASTOR, ISSTOK, and TORE-SUPRA), fusion protons in TEXTOR, and fusion neutrons in JET (EURATOM). Separate efforts concerned technological applications, e.g. modeling of an IPD accelerator for the material engineering, the use of UHV arc-discharges to deposit superconducting Nb layers on RF cavities and superconducting Pb photo-cathodes in electron injectors (EC CARE).Представлено найбільш важливі досягнення колективу ІЯП у теоретичних і експериментальних дослідженнях в області фізики плазми і технології за останні роки. Основні зусилля були сконцентровані на розробці діагностичної техніки і дослідженнях плазми в плазмових фокусах (ПФ) і багатострижневих плазмових інжекторах. Розвито діагностику швидких електронів на деяких токамаках (CASTOR, ISSTOK, й TORE-SUPRA), термоядерних протонів на TEXTOR та нейтронів синтезу на JET (ЄВРАТОМ). Технологічні прикладення включали моделювання ІПН прискорювача для матеріалознавства, використання надвисоковакуумних дугових розрядів для напилювання надпровідних Nb шарів на РЧ-резонатори і надпровідних Pb фотокатодів для інжекторів електронів (EC CARE).Представлены наиболее важные достижения коллектива ИЯП в теоретических и экспериментальных исследованиях в области физики плазмы и технологии за последние годы. Основные усилия были сконцентрированы на разработке диагностической техники и исследованиях плазмы в плазменных фокусах (ПФ) и многостержневых плазменных инжекторах. Развита диагностика быстрых электронов на некоторых токамаках (CASTOR, ISSTOK, и TORE-SUPRA), термоядерных протонов на TEXTOR и нейтронов синтеза на JET (ЕВРАТОМ). Технологические приложения включали моделирование ИПН ускорителя для материаловедения, использование сверхвысоковакуумных дуговых разрядов для напыления сверхпроводящих Nb слоев на РЧ- резонаторы и сверхпроводящих Pb фотокатодов для инжекторов электронов (EC CARE)

Comments on results of recent high-temperature plasma studies at NCBJ (former IPJ) in Poland

This invited lecture presents the most important results of high-temperature plasma studies, which were performed at the NCBJ in Otwock-Swierk, Poland, since 2012. The presentation contains comments on the performed studies and suggestions of future investigation. The first part concerns studies of corpuscular streams in tokamaks, and particularly measurements of run-away electrons within ISSTOK in Lisbon, Portugal, and FTU in Frascati, Italy, by means of Cherenkov-type probes. The second part describes possible applications of solid-state nuclear track detectors (NTDs) for measurements of fast ions and fusion-products in tokamaks, and particularly within COMPASS in Prague, Czech Republic. The third part presents new diagnostic tools for ion measurements in various facilities (including tokamaks and stellerators). The fourth part describes experimental studies of pulsed plasma streams within different Plasma-Focus (PF) and multi-rod plasma injector (RPI) facilities, during a free propagation and interactions with targets made of materials of importance for fusion technology. The last section reports on other activities at the NCBJ Plasma Studies Division (TJ5). In summary there are also some proposals for future plasma studies, which might be performed at domestic and foreign research centres, in frames of the international scientific collaboration.Представлены наиболее важные результаты высокотемпературных плазменных исследований, которые были проведены в NCBJ в Отвоцк-Шверке (Польша) с 2012, а также комментарии к проведенным исследованиям и предложения на будущее. Первая часть касается изучений корпускулярных потоков в токамаках и частично измерений убегающих электронов в ISSTOK в Лисабоне (Португалия) и FTU в Фраскати (Италия) с помощью черенковских детекторов. Вторая часть описывает возможные применения твердотельных ядерных трековых (NTDs) детекторов для измерений быстрых ионов и продуктов синтеза в токамаках, частично в COMPASS в Праге (Чешская Республика). Третья часть представляет новые диагностические инструменты для ионных измерений на разных установках (включая токамаки и стеллараторы). Четвертая часть описывает экспериментальные изучения импульсных плазменных потоков в разных плазма-фокусах (ПФ) и многостержневом плазменном инжекторе (RPI) в свободном потоке и при взаимодействии с мишенями, сделанными из материалов, важных для технологий синтеза. Последняя часть – наша деятельность в Отделе плазменных исследований NCBJ (TJ5). В заключение есть несколько предложений для будущих плазменных исследований, которые могут быть представлены в домашних и иностранных исследовательских институтах в рамках международного научного сотрудничества.Представлено найбільш важливі результати високотемпературних плазмових досліджень, які були проведені в NCBJ в Отвоцк-Шверку (Польща) з 2012, а також коментарі на проведені дослідження та пропозиції на майбутнє. Перша частина стосується вивчень корпускулярних потоків у токамаках та частково вимірювань електронів, що тікають в ISSTOK у Лісабоні (Португалія) та FTU у Фраскаті (Італія), за допомогою черенковських детекторів. Друга частина описує можливість застосування твердотільних ядерних трекових детекторів (NTDs) для вимірювань швидких іонів та продуктів синтезу в токамаках, частково у COMPASS у Празі (Чеська Республіка). Третя частина представляє нові діагностичні інструменти для іонних вимірювань на різних установках (включаючи токамаки та стелларатори). Четверта частина описує експериментальні вивчення імпульсних плазмових потоків у різних плазма-фокусах (ПФ) та багатостержневому плазмовому інжектор (RPI) у вільному потоці та при взаємодії з мішенями з матеріалів, важливих для технологій синтезу. Остання частина – про нашу діяльність у Відділі плазмових досліджень NCBJ (TJ5). У висновку є декілька пропозицій для майбутніх плазмових досліджень, які можуть бути проведені у домашніх та іноземних дослідницьких центрах у рамках міжнародної наукової співпраці

Highlights of dense magnetized plasma research in Poland

This invited lecture presents the most important achievements of theoretical and experimental studies which concerned dense magnetized plasmas and were performed in Poland during recent few years. Those studies were concentrated on high-current pulse discharges within the large mega-joule PF-1000 facility, which was operated at the IPPLM in Warsaw and investigated by researchers from the IPJ and IPPLM. The machine was operated mainly with a pure D2 filling, and the peak discharge current amounted to 1,5...1,8 MA. Theoretical studies concerned motions of accelerated primary deuterons and fusion-produced protons. Experimental investigations included a multi-frame laser interferometry, measurements of neutron yields, optical spectroscopy of plasma streams, diagnostics of fast electronand ion-streams, and measurements of an angular distribution of fusion protons

Measurements of pulsed electron beams emitted from plasma-focus devices

A dense plasma column, which is formed by a pulsed discharge within facilities of the Plasma-Focus (PF) type, is a source of the intense X-ray emission, pulsed electron beams and ion streams. Investigation of the electron beams can deliver information about development of plasma instabilities, which induce the formation of high-temperature plasma micro-regions in the form of hot-spots and/or filaments. The paper reports on recent studies of the pulsed electron beams within PF-type facilities.Шнур щільної плазми, формований імпульсним розрядом на установках типу плазмовий фокус (ПФ), є джерелом інтенсивного рентгенівського випромінювання, імпульсних електронних пучків і потоків іонів. Дослідження електронних пучків може дати інформацію про розвиток плазмових нестійкостей, що викликають формування високотемпературних плазмових мікрообластей у виді «гарячих плям» і/або волокон. Робота присвячена останнім результатам вивчення імпульсних електронних пучків, генерируємих в установках типу ПФ.Шнур плотной плазмы, формируемый импульсным разрядом на установках типа плазменный фокус (ПФ), является источником интенсивного рентгеновского излучения, импульсных электронных пучков и потоков ионов. Исследование электронных пучков может дать информацию о развитии плазменных неустойчивостей, которые вызывают формирование высокотемпературных плазменных микрообластей в виде «горячих пятен» и/или волокон. Работа посвящена последним результатам изучения импульсных электронных пучков, генерируемых в установках типа ПФ

Feasibility study and design of cherenkov-type detectors for measurements of fast electrons within tokamaks

The paper presents feasibility and design studies of the Cherenkov-type detectors designed for measurements of energetic electrons within tokamak devices. The technique in question enables the identification of electron beams, the determination of their spatial distribution, as well as the measurements of their temporal characteristics. On the basis of the presented analyses, i.e. heat transfer studies, a prototype of the Cherenkov measuring head has been designed, constructed and tested within CASTOR tokamak. Obtained experimental results demonstrated that relatively intense Cherenkov signals appear particularly during the final phase of the discharge, when the expanding plasma column reaches the detector.З’ясовуються можливості застосування та розрахунку детекторів Черенкова для реєстрації високоенергетичних електронів в токамаках. Метод, що розглядається, дозволяє виявляти електронні пучки, визначати їх просторовий розподіл, а також вимірювати їх часові характеристики. На основі проведеного аналізу, тобто вивчення теплопередачі, був розроблений та виготовлений прототип вимірювальної головки детектора Черенкова, який було випробувано на токамаці CASTOR. Одержані експериментальні результати показують, що досить інтенсивні сигнали з датчика Черенкова виникають, зокрема, на останній стадії розряду, коли плазмовий шнур, що розширюється, торкається детектора.Исследуются возможности применения и расчёта детекторов Черенкова для регистрации высокоэнергетических электронов в токамаках. Рассматриваемый метод позволяет идентифицировать электронные пучки, определять их распределение в пространстве, а также измерять их временные характеристики. На основе представленного анализа, то есть изучения теплопередачи, разработан и изготовлен прототип измерительной головки детектора Черенкова, который был испытан на токамаке CASTOR. Полученные экспериментальные результаты показывают, что довольно интенсивные сигналы с датчика Черенкова появляются, в частности, на конечной стадии разряда, когда расширяющийся плазменный шнур касается детектора

Study of fusion neutron yield from PF-360 facility equipped with solid-state or gas-puffed targets

The paper reports on results of Plasma-Focus (PF) investigation carried out within the PF-360 device, which was equipped with exchangeable targets made of heavy-ice (D2O) layers or D2-gas puffs. The main aim of these studies was to increase a neutron yield from PF discharges by using fast deuteron beams, which are usually emitted from a pinch column and which can interact with additional targets