Noise-Free Rapid Approach to Solve Kinetic Equations for Hot Atoms in Fusion Plasmas

At the first wall of a fusion reactor, charged plasma particles are recombined into neutral molecules and atoms recycling back into the plasma volume where charge exchange (cx) with ions. As a result hot atoms with chaotically directed velocities are generated which can strike and erode the wall. An approach to solve the kinetic equation in integral form for cx atoms, being alternative to statistical Monte Carlo methods, has been speeded up by a factor of 50, by applying an approximate pass method to evaluate integrals, involving the ion velocity distribution function. It is applied to two-dimensional transfer of cx atoms near the entrance of a duct, guiding to the first mirror for optical observations. The energy spectrum of hot cx atoms, escaping into the duct, is calculated and the mirror erosion rate is assessed. Computations are done for a molybdenum first mirror under plasma conditions expected in the fusion reactor DEMO. Kinetic modeling results are compared with those found with a diffusion approximation valid in very cold and dense plasmas. For ducts at the torus outboard a more rigorous kinetic consideration predicts an erosion rate by a factor up to 2 larger than the diffusion approximation

Experimental Studies of and Theoretical Models for Detachment in Helical Fusion Devices

Good plasma performance in magnetic fusion devices of different types, both tokamaks and helical devices, is achieved normally if the plasma density does not exceed a certain limit. In devices with a divertor, such as tokamaks JET, JT-60U, and heliotron large helical device (LHD), by approaching the density limit, the plasma detaches from the divertor target plates so that the particle and heat fluxes onto the targets reduce dramatically. This is an attractive scenario for fusion reactors, offering a solution to the plasma-wall interaction problem. However, the main concerns by realizing such a scenario are the stability of the detached zone. The activity on the heliotron LHD aimed on detachment stabilization, by applying a resonant magnetic perturbation (RMP) and generating a wide magnetic island at the plasma edge, will be reviewed. Also, theoretical models, explaining the detachment conditions, low-frequency oscillations at the detachment onset, and mechanisms of the detached plasma stabilization by RMP, will be discussed

Розробка сліпої кадрової синхронізації для системи передачі з диференціальним просторово-часовим блоковим кодуванням

The object of this research is the methods and algorithms for frame synchronization used in multi-antenna radio systems (Multiple Input Multiple Output – MIMO). The implementation of radio communication systems and, in particular, MIMO, implies that the demodulator synchronizes the phase of the reference carrier and the time of signal processing processes. Time synchronization is divided into symbolic and frame synchronization. As for the synchronization of the reference carrier and symbol synchronization, these types of synchronization are provided by traditional methods and are not considered in this paper. The frame synchronization in the vast majority of cases is provided by the use of pilot signals (sync words). At their core, they are markers and are periodically embedded in the data stream to indicate the beginning of another new data block. The resources of the transmission system, spent on the transmission of pilot signals, are not used to transmit user information, as a result of which the efficiency of using the time-frequency resource of the system is degraded. To a lesser extent, there are so-called «blind» signal processing methods based on the redundancy properties of the transmitted signal. These methods have no drawbacks from the use of pilot signals and are divided into methods for assessing the state of the communication channel, signal identification, and synchronization. Based on this, such methods are of practical interest.In this work, let’s propose a frame synchronization method for demodulating differential space-time block coding signals using MIMO technology. The synchronization algorithm does not require the use of preambles and sync words, which ensure efficient use of the time-frequency resource. An analysis of the structure of the algorithm and the simulation results show its performance at low signal-to-noise ratios in the transmission system. The algorithm does not require knowledge of the state of the communication channel, has low computational complexity compared to existing analogues, and allows implementation with a different number of transmitting and receiving antennas.Объектом исследования данной работы являются методы и алгоритмы кадровой синхронизации, используемые в системах многоантенной радиосвязи (Multiple Input Multiple Output – MIMO). Реализация систем радиосвязи и, в частности MIMO, подразумевает обеспечение в демодуляторе синхронизации по фазе опорной несущей и по времени процессов обработки сигналов. Синхронизация по времени разделяется на символьную и кадровую синхронизации. Что касается синхронизации опорной несущей и символьной синхронизации, то эти виды синхронизации обеспечиваются традиционными методами и в данной работе не рассматриваются. Кадровая синхронизация в подавляющем большинстве случаев обеспечивается применением пилот-сигналов (синхрослов). По своей сути они являются маркерами и периодически встраиваются в поток данных для обозначения начала очередного нового блока данных. Ресурсы системы передачи, затрачиваемые на передачу пилот-сигналов, не задействуются для передачи информации пользователя, ввиду чего ухудшается эффективность использования частотно-временного ресурса системы. В более меньшем объеме существуют так называемые «слепые» методы обработки сигналов, основывающиеся на свойствах избыточности передаваемого сигнала. Эти методы не имеют недостатков от применения пилот-сигналов и подразделяются на методы оценки состояния канала связи, идентификации сигналов и синхронизации. Исходя из этого, такие методы представляют практический интерес. В данной работе предлагается способ кадровой синхронизации для демодуляции сигналов дифференциального пространственно-временного блокового кодирования при применении технологии MIMO. Алгоритм синхронизации не требует использования преамбул и синхрослов, что обеспечивает эффективное использование частотно-временного ресурса. Анализ структуры алгоритма и результаты моделирования показывают его работоспособность при низких отношениях сигнал/шум в системе передачи. Алгоритм не требует знаний о состоянии канала связи, имеет малую вычислительную сложность, по сравнению с существующими аналогами, и допускает реализацию при различном числе передающих и приемных антенн.Об'єктом дослідження даної роботи є методи і алгоритми кадрової синхронізації, використовувані в системах багатоантенного радіозв'язку (Multiple Input Multiple Output – MIMO). Реалізація систем радіозв'язку і, зокрема MIMO, має на увазі забезпечення в демодуляторі синхронізації по фазі опорної несучої і за часом процесів обробки сигналів. Синхронізація за часом розділяється на символьну і кадрову синхронізації. Що стосується синхронізації опорної несучої і символьної синхронізації, то ці види синхронізації забезпечуються традиційними методами і в даній роботі не розглядаються. Кадрова синхронізація в переважній більшості випадків забезпечується застосуванням пілот-сигналів (синхрослів). За своєю суттю вони є маркерами і періодично вбудовуються в потік даних для позначення початку чергового нового блоку даних. Ресурси системи передачі, що витрачаються на передачу пілот-сигналів, не задіюються для передачі інформації користувача, через що погіршується ефективність використання частотно-тимчасового ресурсу системи. У більш меншому обсязі існують так звані «сліпі» методи обробки сигналів, що грунтуються на властивостях надмірності переданого сигналу. Ці методи не мають недоліків від застосування пілот-сигналів і поділяються на методи оцінки стану каналу зв'язку, ідентифікації сигналів і синхронізації. Виходячи з цього, такі методи представляють практичний інтерес. У даній роботі пропонується спосіб кадрової синхронізації для демодуляції сигналів диференціального просторово-часового блокового кодування при застосуванні технології MIMO. Алгоритм синхронізації не вимагає використання преамбул і синхрослів, що забезпечує ефективне використання частотно-тимчасового ресурсу. Аналіз структури алгоритму і результати моделювання показують його працездатність при низьких відносинах сигнал/шум в системі передачі. Алгоритм не вимагає знань про стан каналу зв'язку, має малу обчислювальну складність, в порівнянні з існуючими аналогами, і допускає реалізацію при різному числі передавальних і приймальних антен

Розробка сліпої кадрової синхронізації для системи передачі з диференціальним просторово-часовим блоковим кодуванням

The object of this research is the methods and algorithms for frame synchronization used in multi-antenna radio systems (Multiple Input Multiple Output – MIMO). The implementation of radio communication systems and, in particular, MIMO, implies that the demodulator synchronizes the phase of the reference carrier and the time of signal processing processes. Time synchronization is divided into symbolic and frame synchronization. As for the synchronization of the reference carrier and symbol synchronization, these types of synchronization are provided by traditional methods and are not considered in this paper. The frame synchronization in the vast majority of cases is provided by the use of pilot signals (sync words). At their core, they are markers and are periodically embedded in the data stream to indicate the beginning of another new data block. The resources of the transmission system, spent on the transmission of pilot signals, are not used to transmit user information, as a result of which the efficiency of using the time-frequency resource of the system is degraded. To a lesser extent, there are so-called «blind» signal processing methods based on the redundancy properties of the transmitted signal. These methods have no drawbacks from the use of pilot signals and are divided into methods for assessing the state of the communication channel, signal identification, and synchronization. Based on this, such methods are of practical interest.In this work, let’s propose a frame synchronization method for demodulating differential space-time block coding signals using MIMO technology. The synchronization algorithm does not require the use of preambles and sync words, which ensure efficient use of the time-frequency resource. An analysis of the structure of the algorithm and the simulation results show its performance at low signal-to-noise ratios in the transmission system. The algorithm does not require knowledge of the state of the communication channel, has low computational complexity compared to existing analogues, and allows implementation with a different number of transmitting and receiving antennas.Объектом исследования данной работы являются методы и алгоритмы кадровой синхронизации, используемые в системах многоантенной радиосвязи (Multiple Input Multiple Output – MIMO). Реализация систем радиосвязи и, в частности MIMO, подразумевает обеспечение в демодуляторе синхронизации по фазе опорной несущей и по времени процессов обработки сигналов. Синхронизация по времени разделяется на символьную и кадровую синхронизации. Что касается синхронизации опорной несущей и символьной синхронизации, то эти виды синхронизации обеспечиваются традиционными методами и в данной работе не рассматриваются. Кадровая синхронизация в подавляющем большинстве случаев обеспечивается применением пилот-сигналов (синхрослов). По своей сути они являются маркерами и периодически встраиваются в поток данных для обозначения начала очередного нового блока данных. Ресурсы системы передачи, затрачиваемые на передачу пилот-сигналов, не задействуются для передачи информации пользователя, ввиду чего ухудшается эффективность использования частотно-временного ресурса системы. В более меньшем объеме существуют так называемые «слепые» методы обработки сигналов, основывающиеся на свойствах избыточности передаваемого сигнала. Эти методы не имеют недостатков от применения пилот-сигналов и подразделяются на методы оценки состояния канала связи, идентификации сигналов и синхронизации. Исходя из этого, такие методы представляют практический интерес. В данной работе предлагается способ кадровой синхронизации для демодуляции сигналов дифференциального пространственно-временного блокового кодирования при применении технологии MIMO. Алгоритм синхронизации не требует использования преамбул и синхрослов, что обеспечивает эффективное использование частотно-временного ресурса. Анализ структуры алгоритма и результаты моделирования показывают его работоспособность при низких отношениях сигнал/шум в системе передачи. Алгоритм не требует знаний о состоянии канала связи, имеет малую вычислительную сложность, по сравнению с существующими аналогами, и допускает реализацию при различном числе передающих и приемных антенн.Об'єктом дослідження даної роботи є методи і алгоритми кадрової синхронізації, використовувані в системах багатоантенного радіозв'язку (Multiple Input Multiple Output – MIMO). Реалізація систем радіозв'язку і, зокрема MIMO, має на увазі забезпечення в демодуляторі синхронізації по фазі опорної несучої і за часом процесів обробки сигналів. Синхронізація за часом розділяється на символьну і кадрову синхронізації. Що стосується синхронізації опорної несучої і символьної синхронізації, то ці види синхронізації забезпечуються традиційними методами і в даній роботі не розглядаються. Кадрова синхронізація в переважній більшості випадків забезпечується застосуванням пілот-сигналів (синхрослів). За своєю суттю вони є маркерами і періодично вбудовуються в потік даних для позначення початку чергового нового блоку даних. Ресурси системи передачі, що витрачаються на передачу пілот-сигналів, не задіюються для передачі інформації користувача, через що погіршується ефективність використання частотно-тимчасового ресурсу системи. У більш меншому обсязі існують так звані «сліпі» методи обробки сигналів, що грунтуються на властивостях надмірності переданого сигналу. Ці методи не мають недоліків від застосування пілот-сигналів і поділяються на методи оцінки стану каналу зв'язку, ідентифікації сигналів і синхронізації. Виходячи з цього, такі методи представляють практичний інтерес. У даній роботі пропонується спосіб кадрової синхронізації для демодуляції сигналів диференціального просторово-часового блокового кодування при застосуванні технології MIMO. Алгоритм синхронізації не вимагає використання преамбул і синхрослів, що забезпечує ефективне використання частотно-тимчасового ресурсу. Аналіз структури алгоритму і результати моделювання показують його працездатність при низьких відносинах сигнал/шум в системі передачі. Алгоритм не вимагає знань про стан каналу зв'язку, має малу обчислювальну складність, в порівнянні з існуючими аналогами, і допускає реалізацію при різному числі передавальних і приймальних антен

Modeling of the resonant magnetic perturbation effect on detachment in the Large Helical Device

An approach to describe the plasma parameter variation with the effective minor radius across the edge region in the heliotron Large Helical Device (LHD) in configurations without and with a resonant magnetic perturbation (RMP) is elaborated, by averaging fluid equations for transport of particles, momentum and heat over the flux surfaces. Numerical solutions of one-dimensional, time-dependent equations derived and analytical estimates performed allow us to interpret the LHD experiments on the density limit. Calculations reproduce qualitatively the principal difference between situations without and in the presence of RMP: in the former case a thermal collapse of the discharge occurs immediately after the plasma detachment from the divertor target plates at a radiation level of 0.4–0.5; in the latter the radiating layer is localized at the plasma edge even if the power radiated exceeds 90% of the input power. A prominent role for such a behavior of plasma particle flows along magnetic field lines perturbed by RMP, leading to a positive radial gradient of the plasma density inside the magnetic island, is demonstrated

A mechanism of ion temperature peaking by impurity pellet injection in a heliotron plasma

Experiments on the Large Helical Device with the injection of carbon pellets into discharges of low density have demonstrated a significant reduction of the ion heat conduction in the plasma core and an increase in the central ion temperature by a factor of up to 2. These results are interpreted in the framework of a transport model elaborated on the basis of those applied previously to explain the improvement in confinement by impurity seeding into the tokamak devices TEXTOR and JET. The calculations performed reproduce well the strong peaking of the ion temperature profile with increasing carbon density nZ and the consequent drop in the confinement as nZ exceeds a certain critical level. The importance of different elements in the model, such as braking of the main ion rotation by friction with impurity ones and the shape of the density profiles, are investigated. A qualitative assessment of the applicability under fusion reactor conditions, e.g. of much higher plasma density and heating power, is performed

Androgen Receptor Drives Cellular Senescence

The accepted androgen receptor (AR) role is to promote proliferation and survival of prostate epithelium and thus prostate cancer progression. While growth-inhibitory, tumor-suppressive AR effects have also been documented, the underlying mechanisms are poorly understood. Here, we for the first time link AR anti-cancer action with cell senescence in vitro and in vivo. First, AR-driven senescence was p53-independent. Instead, AR induced p21, which subsequently reduced ΔN isoform of p63. Second, AR activation increased reactive oxygen species (ROS) and thereby suppressed Rb phosphorylation. Both pathways were critical for senescence as was proven by p21 and Rb knock-down and by quenching ROS with N-Acetyl cysteine and p63 silencing also mimicked AR-induced senescence. The two pathways engaged in a cross-talk, likely via PML tumor suppressor, whose localization to senescence-associated chromatin foci was increased by AR activation. All these pathways contributed to growth arrest, which resolved in senescence due to concomitant lack of p53 and high mTOR activity. This is the first demonstration of senescence response caused by a nuclear hormone receptor

Numerical modeling of the plasma response to local cooling

Thermal instabilities can lead to a sudden drop of local plasma temperature by orders of magnitude and numerical modeling of the global plasma response to such phenomena is performed. An approach to operate with the plasma heat conduction κ, being a non-linear function both of the plasma temperature and of its gradient, if the heat flux limit is taken into account, is developed. It is demonstrated that the deviation of κ from Spitzer-Härm approximation normally assumed is essential to explain experimental findings by massive gas injection experiments carried out to mitigate plasma disruptions in tokamaks