Monte Carlo simulation of ICRF discharge initiation in ITER

Discharges produced and sustained by ion cyclotron range of frequency (ICRF) waves in absence of plasma current will be used on ITER for (ion cyclotron-) wall conditioning (ICWC). The here presented simulations aim at ensuring that the ITER ICRH& CD system can be safely employed for ICWC and at finding optimal parameters to initiate the plasma. The 1D Monte Carlo code RFdinity1D3V was developed to simulate ICRF discharge initiation. The code traces the electron motion along one toroidal magnetic field line, accelerated by the RF field in front of the ICRF antenna. Electron collisions in the calculations are handled by a Monte Carlo procedure taking into account their energies and the related electron collision cross sections for collisions with H-2, H-2(+) and H+. The code also includes Coulomb collisions between electrons and ions (e - e; e - H-2(+); e - H+). We study the electron multiplication rate as a function of the RF discharge parameters (i) antenna input power (0.1-5MW), and (ii) the neutral pressure (H-2) for two antenna phasing (monopole [0000]-phasing and small dipole [0 pi 0 pi]-phasing). Furthermore, we investigate the electron multiplication rate dependency on the distance from the antenna straps. This radial dependency results from the decreasing electric amplitude and field smoothening with increasing distance from the antenna straps. The numerical plasma breakdown definition used in the code corresponds to the moment when a critical electron density nec for the low hybrid resonance (omega = omega(LHR)) is reached. This numerical definition was previously found in qualitative agreement with experimental breakdown times obtained from the literature and from experiments on the ASDEX Upgrade and TEXTOR

Radio-frequency plasma start-up at Uragan-3M stellarator

A double frame antenna with a broad spectrum of parallel wavenumbers (with respect to the magnetic field) is used for radio-frequency (RF) plasma production in Uragan-3M stellarator type device. The delay between the start of RF pulse and the discharge development (breakdown (delay) time) is analyzed as functions of the magnetic field strength, neutral gas pressure and anode voltage of the RF generator. The reproducibility of the RF discharges is improved by the pre-ionization by the pulse of the three-half-turn antenna preceding the main RF pulse. The pre-ionization also results in shortening of the breakdown time for the frame antenna. The Langmuir probe measurements are made with two probes located at the plasma edge near and far from the double frame antenna. The measurements give rather high edge electron temperature, about 100 eV, at the initial stage of the frame antenna discharge both near and far from the antenna. The information on the plasma build-up is also given by the Hα chord measurements.Рамочная антенна с широким спектром параллельных волновых чисел (по отношению к магнитному полю) используется для высокочастотного (ВЧ) создания плазмы в установке стеллараторного типа УРАГАН-3М. Задержка между началом ВЧ-импульса и моментом развития разряда (время (задержки) пробоя) анализируется как функции величины магнитного поля, давления нейтрального газа и анодного напряжения ВЧ-генератора. Воспроизводимость ВЧ-разрядов повышается за счёт предварительной ионизации с помощью трёхполувитковой антенны, которая запускается перед основным ВЧ-импульсом. Предварительная ионизация также приводит к уменьшению времени пробоя. Измерения температуры и плотности плазмы выполнены двумя Ленгмюровскими зондами, расположенными на краю плазмы вблизи и вдали от рамочной антенны. Измерения дают достаточно высокую температуру электронов, около 100 эВ, на начальном этапе разряда как вблизи, так и вдали от антенны. Информация о создании плазмы также дают хордовые измерения линии Hα.Рамкова антена з широким спектром паралельних хвильових чисел (по відношенню до магнітного поля) використовується для високочастотного (ВЧ) створення плазми в установці стелараторного типу УРАГАН-3М. Затримка між початком ВЧ-імпульсу і моментом розвитку розряду (час (затримки) пробою) аналізується як функції величини магнітного поля, тиску нейтрального газу і анодної напруги ВЧ-генератора. Відтворюваність ВЧ-розрядів підвищується за рахунок попередньої іонізації за допомогою тринапіввиткової антени, яка запускається перед основним ВЧ-імпульсом. Попередня іонізація також призводить до зменшення часу пробою. Вимірювання температури і густини плазми виконані двома Ленгмюрівськими зондами, розташованими на краю плазми поблизу і на віддаленні від рамкової антени. Вимірювання дають досить високу температуру електронів, близько 100 еВ, на початковому етапі розряду як поблизу, так і на віддаленні від антени. Інформацію про створення плазми також дають хордові вимірювання лінії Hα

A PIC-MCC code RFdinity1d for simulation of discharge initiation by ICRF antenna

Discharges produced and sustained by ion cyclotron range of frequency (ICRF) waves in absence of plasma current will be used on ITER for (ion cyclotron-) wall conditioning (ICWC, T-e = 3-5 eV, n(e) > |E-z(P)|). At higher densities, when the electrostatic field E-z(P) is comparable to the antenna RF field E-z(RF), the ionization frequency reaches the maximum. Plasma oscillations propagating toroidally away from the antenna are observed. The simulated energy distributions of ions and electrons at n(e) similar to 10(15) m(-3) correspond a power-law Kappa energy distribution. This energy distribution was also observed in NPA measurements at ASDEX Upgrade in ICWC experiments

Wave aspect of neutral gas breakdown with ICRF antenna in ICWC operation mode

C