Numerical study of the mercier plasma stability and equilibrium plasma currents in an l=2 YAMATOR

In paper [1] a new stellarator-type magnetic system having a high magnetic well value was proposed (later it got the name YAMATOR). In the present work the MHD plasma stability depending from value of the total vertical magnetic field for the magnetic configuration of l=2 variant of a similar system is investigated numerically. To investigate the plasma stability using the Mercier stability criterion, we apply the numerical method based on the calculation of the terms contained in Mercier criterion by tracing the magnetic field lines in the given stellarator magnetic field [3,4]. The magnetic field of helical windings is calculated by the Biot-Savart law. From our analysis of the MHD plasma stability in the trap under consideration it follows that the Mercier stability criterion is satisfied for a great part of the plasma-confinement region, and the violation of this criterion can take place only for the magnetic surfaces from the external part of the plasma column

Numerical study of the 1/ν neoclassical transport and Mercier plasma stability in an l=2 torsatron with the centered planar magnetic axis

The 1/ν neoclassical transport and Mercier plasma stability for a magnetic configuration of l=2 torsatron system with the centered planar magnetic axis, which was done by selecting the winding law of the helical coils, formed in the model of the l=2 torsatron Uragan-2M type, are investigated numerically. For calculating the transport coefficients and Mercier stability criterion a technique, based on integration along magnetic field lines in a given stellarator magnetic field (NEO code) is used. The magnetic field of helical windings is calculated by the Biot-Savart law. The transport coefficients are presented in a standard form containing a factor depending on the magnetic field geometry. The obtained results are compared with corresponding results for two variants of torsatron Uragan-2M «standard» configurationЧисленными методами выполнено исследование неоклассического переноса в режиме 1/ν и МГД-устойчивости плазмы с использованием критерия Мерсье для двухзаходной торсатронной системы с центрированной плоской магнитной осью, что было достигнуто с помощью специального выбора закона навивки винтовой обмотки в модели, близкой по параметрам к параметрам торсатрона Ураган-2М. При вычислении коэффициентов неоклассического переноса в указанном режиме и расчетах величин, входящих в критерий Мерсье, использована техника, основанная на численном интегрировании вдоль силовых магнитных линий в заданном стеллараторном магнитном поле (код NEO). Магнитное поле винтовых проводников вычислялось с использованием закона Био-Савара. Полученные коэффициенты переноса представлены в стандартной форме, содержащей фактор, зависящий от геометрии магнитного поля системы. Выполнено сравнение полученных результатов с соответствующими результатами, полученными ранее для двух вариантов «стандартной» конфигурации торсатрона Ураган-2М.Числовими методами виконано дослідження неокласичного переносу в режимі 1/ν та МГД-стійкості плазми з використанням критерію Мерс’є для l=2 торсатронної системи із центрованою плоскою магнітною віссю, що було досягнуто за допомогою спеціального вибору закону навивки гвинтової обмотки в моделі, близькій за параметрами до параметрів торсатрона Ураган-2М. При обчисленні коефіцієнтів неокласичного переносу в зазначеному режимі та розрахунках величин, що входять у критерій Мерс’є, використана техніка, що базується на числовому інтегруванні уздовж силових магнітних ліній в заданому стелараторному магнітному полі (код NEO). Магнітне поле гвинтових провідників обчислювалося з використанням закону Біо-Савара. Отримані коефіцієнти переносу представлені в стандартній формі, що містить фактор, залежний від геометрії магнітного поля системи. Виконано порівняння отриманих результатів з відповідними результатами, отриманими раніше для двох варіантів «стандартної» конфігурації торсатрона Ураган-2М

Neoclassical transport in KOLER trap (Yamator)

The new stellarator type magnetic system having a high magnetic well value was proposed in paper [1]. In the present work neoclassical transport for magnetic configuration of l = 2 variant of similar system is investigated by numerical methods. A so-called 1/ ν transport regime, in which the transport coefficients are increased with reduction of particle collision frequency ν is considered. For calculating of transport coefficients a technique [2], based on integration along magnetic field lines in given stellarator magnetic field with taking into account particles trapped not only within one magnetic field period but also within several magnetic field periods is used. The obtained transport coefficients are presented in a standard form containing a factor depending on the magnetic field geometry. The dependence of transport coefficients from value of a resulting vertical magnetic field is analysed

Fast trapped particle motion in Uragan-2M stellarator with embedded magnetic mirror

The magnetic configuration of a stellarator with an embedded magnetic mirror is arranged in the Uragan-2M experimental device by switching off one toroidal coil. The motion of particles magnetically trapped in the embedded mirror is analyzed numerically with use of motional invariants. It is found that without electric field the particle quickly drift out of the mirror. Sufficiently small radial electric field can make the drift trajectories closed that substantially improve particle confinement. It is remarkable that the improvement acts both for positive and negative charges.Магнитная конфигурация стелларатора со встроенным пробкотроном может быть реализована в экспериментальной установке Ураган-2М путем отключения одной катушки тороидального магнитного поля. Движение быстрых частиц, запертых во встроенном пробкотроне, изучено численно с использованием инвариантов движения. Установлено, что без электрического поля частицы быстро покидают ловушку. Достаточно небольшое радиальное электрическое поле может сделать дрейфовые траектории замкнутыми, что существенно улучшает удержание частиц. Примечательно, что улучшение действует как для положительных, так и отрицательных зарядов.Магнітна конфігурація стеларатора з вбудованим пробкотроном може бути реалізована в експериментальній установці Ураган-2М шляхом відключення однієї котушки тороїдального магнітного поля. Рух швидких частинок, замкнених у вбудованому пробкотрони, вивчено чисельно з використанням інваріантів руху. Встановлено, що без електричного поля частинки швидко залишають пастку. Досить невелике радіальне електричне поле може зробити дрейфові траєкторії замкнутими, що істотно покращує утримання частинок. Примітно, що поліпшення діє як для позитивних, так і негативних зарядів

Neoclassical transport for Uragan-2M in the 1/ν regime

The 1/ν neoclassical transport (effective ripple, εeff) is studied for the torsatron Uragan-2M (see in [1]. For stellarators where the finite plasma pressure causes a weak influence on the equilibrium εeff can be computed using field line tracing code [2] in real space coordinates. Also, an optimizing procedure is carried out using the code [3] for optimizing stellarators with fixed coil design. Besides, possibilities of improving the neoclassical transport by changing the resulting vertical magnetic field are considered.Вивчено неокласичний перенос в режимі 1/ν («effective ripple», εeff) для торсатрону Ураган-2M [1]. Для стелараторів, де вплив кінцевого тиску плазми на рівновагу являється слабким , εeff може бути розраховано з застосуванням коду [2], що використовує інтегрування вздовж магнітних силових ліній в реальних просторових координатах. Застосовано також оптимізаційну процедуру, яка використовує код [3] для оптимізації стелараторів з фіксованими котушками. Крім того, розглянуто можливості зниження коефіцієнтів неокласичного переносу шляхом змінювання результуючого вертикального магнітного поля.Изучен неоклассический перенос в режиме 1/ν («effective ripple», εeff) для торсатрона Ураган-2M [1]. Для стеллараторов, где конечное давление плазмы оказывает слабое влияние на равновесие, εeff может быть рассчитан с применением кода [2], использующего интегрирование вдоль магнитных силовых линий в реальных пространственных координатах. Применена также оптимизационная процедура, использующая код [3] для оптимизации стеллараторов с фиксированными катушками. Рассмотрены также возможности снижения коэффициентов неоклассического переноса путем изменения результирующего вертикального магнитного поля

Configurational Effects on Low Collision Plasma Confinement in CHS Heliotron/Torsatron

Multihelicity effects on low collisionality (~1/nu ) regime of neoclassical transport has been analyzed for full range of magnetic field configurations of CHS Heliotron/Torsatron. Transport coefficients for this regime has been calculated according to an approach developed in [5]. It was shown that the drift-orbit-optimized configuration of CHS device [6] has the best confinement properties for low collision plasma confinement