A high speed 140 ghz microwave interferometer for density fluctuation measurements in Uragan-2M stellarator

The operation of the 2 mm microwave superheterodyne interferometer, which allows to measure the linear electron density (average over the line of sight through the plasma) at the Uragan-2M stellarator is presented. Compared with the previously used 8 mm interferometer, this diagnostic does significantly expand the limits of the measured density of electrons which is now increased up to the value of 2.43∙10²⁰ m⁻³ . Optimized receiving and transmitting waveguide line provided a significant reduction in attenuation of the microwave radiation introduced into the plasma. It ensures that the presented experiments the value of the minimum measured density does not exceed 1.5∙10¹⁶ m⁻³. It is shown that for the different plasma discharges this system which have a high signal-tonoise ratio and high time resolution of the detector allowed to measure the “global” quasi-coherent fluctuations of the plasma density in the frequency range of 3…20 kHz.Описана робота мікрохвильового супергетеродинного інтерферометра 2 мм, що дозволяє вимірювати лінійну електронну густину (середню після проходження крізь плазму) на стелараторі Ураган-2М. У порівнянні з 8-міліметровим інтерферометром, що використовувався раніше, ця діагностика значно розширює межі виміряної густини електронів, яка тепер збільшена до значення 2.43∙10²⁰ м⁻³. Оптимізована хвильопровідна лінія прийому і передачі забезпечувала значне зменшення затухання мікрохвильового випромінювання, що вводиться в плазму. Це гарантія того, що для представлених експериментів значення мінімальної виміряної густини не перевищує 1,5∙10¹⁶ м⁻³. Показано, що для різних плазмових розрядів ця система, яка має високе відношення сигнал/шум і високу роздільну здатність детектора, дозволяє вимірювати «глобальні» квазікогерентні флуктуації густини плазми в діапазоні частот 3...20 кГц.Описана работа микроволнового супергетеродинного интерферометра 2 мм, позволяющего измерять линейную электронную плотность (среднюю после прохождения через плазму) на стеллараторе Ураган-2М. По сравнению с ранее используемым 8-миллиметровым интерферометром эта диагностика значительно расширяет пределы измеренной плотности электронов, которая теперь увеличена до значения 2,43∙10²⁰ м⁻³. Оптимизированная волноводная линия приема и передачи обеспечивала значительное уменьшение затухания микроволнового излучения, вводимого в плазму. Это гарантия того, что для представленных экспериментов значение минимальной измеренной плотности не превышает 1,5∙10¹⁶ м⁻³. Показано, что для различных плазменных разрядов эта система, которая имеет высокое отношение сигнал/шум и высокое временное разрешение детектора, позволяет измерять «глобальные» квазикогерентные флуктуации плотности плазмы в диапазоне частот 3...20 кГц

Mass-spectrometer diagnostics complex with cryogenic nitrogen trap

The measuring complex with the cryogenic nitrogen trap [1] was created to monitor the gas composition in the stellarator Uragan-2M chamber. The complex provides several gas sampling options for the research: directly from the vacuum chamber, and condensed gas from the cryogenic trap chamber after its being heated. A new measuring cryogenic trap with its own valves was developed to implement the second method. It is necessary to provide such a state of the internal vacuum surfaces of the complex so that the background gas emission from the walls of the measuring vacuum chamber does not lead to the measurement errors in order to obtain more accurate mass spectral data. The heating of the chamber walls and continuous RF discharge at frequencies of 6…8 MHz and the power of 1 kW without a magnetic field was planned to used for this purpose. Two RF antennas, rod and planar, were designed.На стелараторі Ураган-2М був створений діагностичний комплекс з криогенною азотною пасткою [1] для контролю складу газу в камері стеларатора. Комплекс передбачає декілька варіантів відбору проб газу для дослідження: безпосередньо з вакуумної камери та конденсованого газу з камери криогенної пастки після її нагрівання. Для реалізації другого методу була розроблена нова вимірювальна криогенна пастка з власними клапанами. Для отримання точніших мас-спектральних даних необхідно забезпечити такий стан внутрішніх вакуумних поверхонь комплексу, щоб витік фонового газу зі стінок вимірювальної вакуумної камери не призвів до помилок у вимірах. Для цього планувалося нагрівання стін камери та безперервного ВЧ-розряду на частотах близько 6…8 МГц потужністю до 1 кВт без магнітного поля. Були розроблені дві ВЧ-антени: штирьова і пластинчата.На стеллараторе Ураган-2М был создан диагностический комплекс с криогенной азотной ловушкой [1] для контроля состава газа в камере стелларатора. Комплекс предусматривает несколько вариантов отбора проб газа для исследования: непосредственно с вакуумной камеры и конденсированного газа из камеры криогенной ловушки после её нагрева. Для реализации второго метода была разработана новая измерительная криогенная ловушка со своими клапанами. Для получения более точных масс-спектральных данных необходимо обеспечить такое положение внутренних вакуумных поверхностей комплекса, чтобы утечка фонового газа со стенок измерительной вакуумной камеры не привела к ошибкам в измерениях. Для этого планировался нагрев стен камеры и непрерывного ВЧ-разряда на частотах порядка 6…8 МГц мощностью до 1 кВт без магнитного поля. Были разработаны две ВЧ-антенны: штыревая и пластинчатая

Threehalf-turn antennas start-up

The start-up experiments were carried out at Uragan-2M stellarator with the Three-Half-Turn antenna (THT) without any pre-ionization. Conditions for optimal gas breakdown were found out through the variation of the neutral gas pressure, magnetic field strength and anode voltage of RF generator. The plasma parameters were measured with three Langmuir probes, optical spectroscopy and mutichord optical diagnostics.На стелараторі Ураган-2М було проведено модельні експерименти зі старту трьохнапіввиткової (ТНВ) антени без предіонізації. Підбором тиску нейтрального газу, напруженості магнітного поля й анодної напруги ВЧ-генератора було знайдено оптимальні умови пробою газу. Параметри плазми вимірювались трьома ленгмюрівськими зондами, оптичною спектроскопією та багатохордовою оптичною діагностикою.На стеллараторе Ураган-2М были проведены моделирующие эксперименты по старту трёхполувитковой (ТПВ) антенны без предионизации. Подбором давления нейтрального газа, напряжённости магнитного поля и анодного напряжения ВЧ-генератора были найдены оптимальные условия пробоя газа. Параметры плазмы измерялись тремя ленгмюровскими зондами, оптической спектроскопией и многохордовой оптической диагностикой

Stellarator research at IPP KIPT: status and prospects

Features of the recent Uragan-2M campaign are reviewed together with some theoretical advances. They include experiments with B4C limiter, studies of various 1…20 kHz oscillations, development of a new in-situ diagnostics for wall conditions, i.e. the thermal desorption probe, the improved numerical model of RF plasma production in stellarators in the ion cyclotron and electron-cyclotron frequency ranges, a new positive-definite form of timeharmonic Maxwell’s equations and plasma start-up studies.Розглянуто особливості недавньої кампанії Ураган-2М і деякі теоретичні результати. Вони включають у себе експерименти з B4C-лімітером, дослідження різних коливань з частотою 1…20 кГц, розробку нової insitu діагностики стану стінок (термодесорбційний зонд), поліпшену чисельну модель ВЧ-створення плазми в стелараторах в іонному циклотронному і електронному циклотронному діапазонах частот, нову позитивно визначену форму рівнянь Максвелла для однієї частоти та дослідження з високочастотного створення плазмиРассмотрены особенности недавней кампании Ураган-2М и некоторые теоретические результаты. Они включают в себя эксперименты с B4C-лимитером, исследования различных колебаний с частотой 1…20 кГц, разработку новой in-situ диагностики состояния стенок (термодесорбционный зонд), улучшенную численную модель ВЧ-создания плазмы в стеллараторах в ионном циклотроном и электронном циклотронном диапазонах частот, новую положительно определенную форму уравнений Максвелла для одной частоты и исследования по высокочастотному созданию плазмы

ICRF wall conditioning: present status and developments for future superconducting fusion machines

ITER and future superconducting fusion machines need efficient wall conditioning techniques for routine operation in between shots in the presence of permanent high magnetic field for wall cleaning, surface isotope exchange and to control the in-vessel long term tritium retention. Ion Cyclotron Wall Conditioning (ICWC) based on the ICRF discharge is fully compatible and needs the presence of the magnetic field. The present paper focuses on the principal aspects of the ICWC discharge performance in large-size fusion machines: (i) neutral gas RF breakdown with conventional ICRF heating antennas, (ii) antenna coupling with low density (similar to 10(17) m(-3)) RF plasmas and (iii) ICWC scenarios with improved RF plasma homogeneity in the radial and poloidal directions. All these factors were identified as crucial to achieve an enhanced conditioning effect (e.g. removal rates of selected "marker" masses). All the observed effects are analyzed in terms of RF plasma wave excitation/absorption and compared with the predictions from I-D RF full wave and 0-D RF plasma codes. Numerical modeling and empirical extrapolation from the existing machines give good evidence for the feasibility of using ICWC in ITER with the main ICRF antenna

ICRF Plasma Production with the W7-X Like Antenna in the Uragan-2M Stellarator

The results of the plasma start-up with ICRH of U-2M RF discharges in H2+He mixture with newly implemented controlled gas H2 concentration are presented. The W7-X like ICRH antenna operated in monopole phasing with applied RF power of ∼ 100 kW. We investigated plasma start-up in the pressure range p = 6×10−4 - 9×10−2 Pa. Plasma production with an average density of up to Ne ∼ 1013 cm−3 was observed at frequencies the fundamental harmonic of the hydrogen cyclotron frequency