Experimental studies of a coaxial plasma injector. 1 - Study of operational conditions

Parameter optimization, and operation of coaxial plasma injecto

Progress in plasma research at IPJ and IPPLM, Poland

The most important results of theoretical and experimental studies of plasmas, which have been achieved at the IPJ in Swierk and IPPLM in Warsaw recently, are presented. Studies of physical phenomena in PF discharges, development of diagnostic techniques and research on new plasma technologies, as performed at IPJ, have been summarized. Studies of dense magnetized plasmas, investigation of physics and applications of laser-produced plasmas; and research on the development of advanced diagnostic techniques for the EURATOM fusion program, as performed at IPPLM, are also described

Characteristics of high-temperature deuterium plasma in RPI-type devices

The paper presents results of the spectroscopic and corpuscular measurements of pulsed plasma streams generated within the RPI-IBIS experimental device, which was operated with the pure deuterium puffing. Particular attention was paid to time-integrated and time-resolved measurements of selected spectral lines, i.e. Da, Db and Dg, emitted from deuterium discharges. The measurements made possible an assessment of the basic plasma parameters. The achievement of the local thermal equilibrium (LTE) was investigated. Energies of emitted ions, their total numbers, as well emissions of soft X-rays and fusion-produced neutrons vary considerably with a change of gas conditions

Preliminary study of plasma stream interaction with tungsten target within RPI-IBIS facility

The paper presents results of experimental research on the interaction of a pulsed plasma-ion stream with a tungsten (W) target. The pulsed hydrogen plasma was produced within the RPI-IBIS (Multi-Rod Plasma Injector) facility at IPJ in Swierk. Measurements were carried out by means of optical spectroscopy and corpuscular diagnostic techniques. For experiments with the W-target the operational conditions (so-called PID mode) were chosen when a clean hydrogen plasma stream was generated. Attention was paid to the identification of WI and WII spectral lines

Development of diagnostic techniques for studies of pulsed plasma-ion streams

The paper reports on development and application of different measuring techniques for time-integrated and time-resolved studies of pulsed plasma-ion streams emitted from Rod-Plasma-Injector (RPI) devices, Plasma-Focus facilities and Z-Pinch discharges

Experimental studies of ion emission from RPI-IBIS facility and modeling of ion motions

The paper presents the recent measurements of ion beams emitted from an RPI-IBIS plasma injector and some preliminary results of the theoretical modeling. The RPI-IBIS facility was equipped with coaxial electrodes made of thin molybdenum rods and a fast acting electromagnetic valve for the injection of a working gas. Plasma discharges were initiated with a variable time delay (τ ) after the gas injection and they were powered from a condenser bank charged to 30 kV, 30 kJ. The first part describes measurements of spatial distributions and energies of intense ion beams, which were performed by means of ion-pinhole cameras equipped with nuclear track detectors. Detailed analysis of ion mass- and energy-spectra was performed by means of a Thomson analyzer. The second part presents numerical simulations of ion motions in the RPI-IBIS facility, which were performed on the basis of a single-particle model.Представлены результаты исследований ионных пучков, эмитируемых стержневым инжектором RPI-IBIS, и некоторые предварительные результаты теоретического моделирования. RPI-IBIS оснащен коаксиальными электродами в виде тонких молибденовых стержней и быстодействующим электромагнитным клапаном для инжекции рабочего газа. Разряд инициировался с варьируемым временем задержки по отношению к напуску газа при напряжении на конденсаторной батарее 30 кВ. В первой части описаны измерения пространственных распределений и энергий интенсивных ионных пучков. Детальный анализ массовых и энергетических спектров проведен с использованием анализатора Томпсона. Вторая часть посвящена численному моделированию движения ионов в RPI-IBIS, которое проведено на основе одночастичной модели.Представлено результати досліджень іонних пучків, емітуємих стрижневим інжектором RPI-IBIS, і деякі попередні результати теоретичного моделювання. RPI-IBIS оснащений коаксіальними електродами у виді тонких молібденових стрижнів і швидко діючим електромагнітним клапаном для інжекції робочого газу. Розряд ініціювався з варіацією часу затримки стосовно напуску газу при напрузі на конденсаторній батареї 30 кВ. У першій частині описано виміри просторових розподілів і енергій інтенсивних іонних пучків. Детальний аналіз масових і енергетичних спектрів проведено з використанням аналізатора Томпсона. Друга частина присвячена чисельному моделюванню руху іонів у RPI-IBIS, що проведено на основі одночасткової моделі

CALIBRATION AND APPLICATION OF NUCLEAR TRACK DETECTORS FOR HIGH-TEMPERATURE PLASMA DIAGNOSTICS

Abstract The paper reports on features of so-called solid-state nuclear track detectors (SSNTDs), their calibration measurements performed with known ion beams, and their different applications for detailed studies of charged particle emissions from various high-temperatures plasma facilities

Spectroscopic studies of tungsten samples exposed to intense deuterium and argon plasma streams

The use of tungsten (W) as the main plasma facing component (PFC) was proposed for fusion reactors many years ago. Our recent experiments have been focused on spectroscopic studies of tungsten properties under its irradiation by intense plasma streams. Several samples made of pure W or (90 %W + 10 %Cu) alloy have been exposed to deuterium and argon plasma streams generated by the RPI-IBIS multi-rod plasma injector at different experimental conditions. The optical emission spectroscopy (OES) measurements have been carried out as a function of a plasma-stream energy density. The plasma electron density was estimated on the basis of the Stark broadening of the Dβ and Dα spectral lines in a deuterium-plasma stream propagating freely, i.e. without any target, as well as near the irradiated tungsten surface. In this paper the results of a surface analysis of the tungsten samples after their irradiation by pulsed plasma-ion streams, and the influence of those streams on physical and mechanical properties of the irradiated samples, are discussed. A relationship of the structure and properties of the modified surfaces with parameters of the incident plasma-streams is also analyzed.Експерименти були націлені на спектральні дослідження властивостей вольфраму при його опроміненні інтенсивними плазмовими потоками. Використання вольфраму (W) в якості основного компоненту дивертора для термоядерних реакторів було запропоновано багато років тому [1,2]. Декілька зразків чистого вольфраму та 90%W+10%Cu опромінювались потоками дейтерієвої та аргонової плазм, що генерується стрижневим плазмовим інжектором IBIS, при різних експериментальних умовах. Спектральні вимірювання випромінювання плазми приповерхневого шару проводилися в залежності від густини енергії плазмового потоку. Електронна густина плазми оцінювалась заштарківським розширенням спектральних ліній Dβ та Dα як у вільному потоці, так і поблизу поверхні вольфраму. Представлені також результати поверхневого аналізу опромінених зразків вольфраму та впливу плазмових потоків на фізико-механічні властивості вольфраму. Виявлено взаємозв’язок параметрів налітаючого плазмового потоку та ластивостей модифікованих поверхонь.Проведенные эксперименты были направлены на спектральные исследования свойств вольфрама при его облучении интенсивными плазменными потоками. Использование вольфрама (W) в качестве основного компонента дивертора для термоядерных реакторов было предложено много лет назад [1,2]. Несколько образцов из чистого вольфрама и 90%W+10%Cu облучались потоками дейтериевой и аргоновой плазмы, которая генерируется стержневым плазменным инжектором IBIS, при разных экспериментальных условиях. Спектральные измерения излучения плазмы приповерхностного слоя проводились в зависимости от плотности энергии плазменного потока. Электронная плотность плазмы оценивалась на основе штарковского уширения спектральных линий Dβ и Dα как в свободном потоке, так и вблизи поверхности вольфрама. Обсуждаются также результаты поверхностного анализа облученных образцов вольфрама и влияние плазменных потоков на физико-механические свойства вольфрама. Выявлена взаимосвязь параметров налетающего плазменного потока и свойств модифицированных поверхностей

Study of deuterium plasma interaction with a tungsten target within RPI-IBIS facility

The paper presents results of experimental research on the interaction of a pulsed plasma-ion stream with a tungsten (W) target. The pulsed deuterium plasma was produced within the RPI-IBIS (Multi-Rod Plasma Injector) facility at IPJ in Swierk. Measurements were carried out by means of optical spectroscopy and corpuscular diagnostic techniques. Structural changes in the irradiated targets were investigated with a SEM. Before experiments with the W-target there were determined operational conditions, when clean deuterium plasma streams can be generated. For that purpose a so-called “slow or PID (Plasma Ion Deposition) mode” of the RPI-IBIS operation was chosen. Particular attention was paid to the identification of spectral lines from WI and WII species. The obtained results, i.e. optical spectra and other characteristics have demonstrated applicability of the RPI-IBIS facility for research on the interaction of plasma streams with W-targets, e.g. those constituting some internal parts of fusion facilities.Представлено результати експериментальних досліджень по взаємодії імпульсного плазмово-іонного потоку з вольфрамовою мішенню. Імпульсні дейтерієві потоки плазми генерувались в СПІ-ІБІС (стержневий плазмовий інжектор), який знаходиться в ІЯП у Шверку. Виміри проводились за допомогою оптичної спектроскопії та корпускулярної діагностики. Структурні зміни облучаємої мішені досліджувались за допомогою SEM. Перед експериментами з вольфрамовою мішенню визначались робочі умови, коли генерувались чисті дейтерієві плазмові потоки. Був вибраний так званий режим “повільний або PID-моди” (плазмового іонного осадження). Частична увага приділялась ідентифікації спектральних ліній WI та WII. Отримані результати, оптичні спектри та інші характеристики, продемонстрували можливість застосовувати установку СПІ-ІБІС для досліджень взаємодії плазмових потоків з W-мішенню, які складають деякі внутрішні частини термоядерного реактору.Представлены результаты экспериментальных исследований по взаимодействию импульсного плазменно-ионного потока с вольфрамовой мишенью. Импульсные дейтериевые потоки плазмы генерировались внутри СПИ-ИБИС (стержневой плазменный инжектор), который расположен в ИЯП в Шверке. Измерения проводились с помощью оптической спектроскопии и корпускулярной диагностики. Структурные изменения облучаемой мишени исследовались с помощью SEM. Перед экспериментами с вольфрамовой мишенью определялись рабочие условия, когда генерировались чистые дейтериевые плазменные потоки. Для этой цели был выбран так называемый режим “медленной или PID-моды” (плазменного ионного осаждения). Частичное внимание уделялось идентификации спектральных линий WI и WII. Полученные результаты, оптические спектры и другие характеристики, продемонстрировали применимость установки СПИ-ИБИС для исследований взаимодействия плазменных потоков с W-мишенью, которые составляют некоторые внутренние части термоядерного реактора

Optical emission spectroscopy of pulsed plasma streams emitted from a modified PF-1000 facility

The paper presents results of the recent spectroscopic studies of pulsed plasma streams generated in the PF-1000 facility at the IFPiLM in Warsaw. This facility has recently been equipped with a modified inner electrode, which had the front copperplate with a central tungsten (W) insert of 50 mm in diameter. Interactions of the collapsing current sheath and electron beams with this insert have changed characteristics of the X-ray and VR emission considerably. New spectroscopic measurements were performed at the chosen angle and perpendicular to the discharge axis. In the second case optical emission spectra were recorded at different distances from the electrode outlets, and at various instants after the current peculiarity (dip). It enabled to determine dynamics of the VR emission in the investigated VR range.Представлены результаты недавних спектроскопических исследований импульсных потоков плазмы, генерируемых установкой ПФ-1000, которая расположена в ИФПиЛМ в Варшаве. Эта установка недавно была оснащена модифицированным внутренним электродом, который имел переднюю медную пластину с центральной вольфрамовой (W) вставкой диаметром 5 мм. Взаимодействие схлопывающейся токовой оболочки и электронных пучков с этой вставкой значительно изменило характеристики рентгеновского и излучения в видимом диапазоне. Новые спектроскопические измерения проводились при выбранном угле и перпендикулярно к оси разряда. Во втором случае оптические спектры излучения были зарегистрированы на разных расстояниях от среза электродов и в различные моменты после токовой особенности осциллограммы тока (провала). Это позволило определить динамику ВИ в исследованном диапазоне.Представлені результати недавніх спектроскопічних досліджень імпульсних потоків плазми, що генеруються установкою ПФ-1000, яка розташована в ІФПіЛМ у Варшаві. Ця установка нещодавно була оснащена модифікованим внутрішнім електродом, який мав передню мідну пластину з центральною вольфрамовою (W) вставкою діаметром 50 мм. Взаємодія оболонки струму, яка схлопується, і електронних пучків з цією вставкою значно змінило характеристики рентгенівського випромінювання у видимому діапазоні. Нові спектроскопічні вимірювання проводилися при заданному куті та перпендикулярно до осі розряду. У другому випадку оптичні спектри випромінювання були зареєстровані на різних відстанях від зрізу електродів, і в різні моменти після особливості осцилограми струму (провалу). Це дозволило визначити динаміку ВВ у дослідженому діапазоні