Applicability of Heavy Ion Beam Probing (HIBP) system for stellarator WEGA
The applicability of the HIBP for stellarator WEGA is described in this article. It is possible to use such diagnostics for local plasma parameters measurement. Calculations of probing Na + beam trajectories were done for WEGA magnetic configuration with B0 = 0.5 T. The trajectory optimization aimin...
Gespeichert in:
| Datum: | 2005 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | English |
| Veröffentlicht: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2005
|
| Schriftenreihe: | Вопросы атомной науки и техники |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/79154 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Applicability of Heavy Ion Beam Probing (HIBP) system for stellarator WEGA / L.I. Krupnik, G.N. Deshko, A.I. Zhezhera, A.V. Melnikov, S.V. Perfilov, M. Otte // Вопросы атомной науки и техники. — 2005. — № 1. — С. 215-217. — Бібліогр.: 2 назв. — англ. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-79154 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-791542015-03-27T03:01:58Z Applicability of Heavy Ion Beam Probing (HIBP) system for stellarator WEGA Krupnik, L.I. Deshko, G.N. Zhezhera, A.I. Melnikov, A.V. Perfilov, S.V. Otte, M. Plasma diagnostics The applicability of the HIBP for stellarator WEGA is described in this article. It is possible to use such diagnostics for local plasma parameters measurement. Calculations of probing Na + beam trajectories were done for WEGA magnetic configuration with B0 = 0.5 T. The trajectory optimization aiming for the maximal plasma observation was done for chosen entrance and exit port combination. The calculation showsthat HIBPallows getting radial profiles of plasma parameters. The detector line of equal entrance angle connects the central area and the edge of the plasma column for beam energy E =30-60 keV. The detector line of equal energy E = 40 keV allowsto obtain series of radial profiles during single shot by changing of the beam entrance angle with the scan of control voltage. У статті описана можливість застосування HIBP діагностики для стеларатора WEGA. Можливе застосування цієї діагностики для локального вимірювання параметрів плазми. Проведені розрахунки траєкторій пучка іонів натрію для магнітної конфігурації WEGA з Bo = 0.5 T. Проведено оптимізацію траєкторій з метою одержання максимально можливої області спостерігання плазми для даної комбінації вхідного та вихідного портів. Розрахунки показують можливість одержання радіальних профілів параметрів плазми за допомогою HIBP діагностики. Детекторна лінія для постійного кута входу торкается центральної області та периферії плазми при енергії пучка E =30-60 keV. Детекторна лінія для постійної енергії E = 40 keV дозволяє одержати серію радіальних профілів за один постріл при зміні вхідного кута за допомогою сканування пучка керуючою напругою. В статье описана возможность применения HIBP диагностики для стелларатора WEGA. Возможно применения этой диагностики для локальных измерений параметров плазмы. Проведены расчеты траекторий пучка ионов натрия для магнитной конфигурации WEGA с Bo = 0.5 T. Проведена оптимизация траекторий с целью получения максимально возможной области наблюдения плазмы при данной комбинации входного и выходного портов. Расчеты показывают возможность получения радиальных профилей параметров плазмы с помощью HIBP диагностики. Детекторная линия для постоянного угла входа касается центральной области и периферии плазмы при энергии пучка E =30-60 keV. Детекторная линия для постоянной энергии E = 40 keV позволяет получить серию радиальных профилей за один разряд при изменении входного угла с помощью сканирования пучка управляющим напряжением. 2005 Article Applicability of Heavy Ion Beam Probing (HIBP) system for stellarator WEGA / L.I. Krupnik, G.N. Deshko, A.I. Zhezhera, A.V. Melnikov, S.V. Perfilov, M. Otte // Вопросы атомной науки и техники. — 2005. — № 1. — С. 215-217. — Бібліогр.: 2 назв. — англ. 1562-6016 PACS: 52.70.Nc http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/79154 en Вопросы атомной науки и техники Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
English |
| topic |
Plasma diagnostics Plasma diagnostics |
| spellingShingle |
Plasma diagnostics Plasma diagnostics Krupnik, L.I. Deshko, G.N. Zhezhera, A.I. Melnikov, A.V. Perfilov, S.V. Otte, M. Applicability of Heavy Ion Beam Probing (HIBP) system for stellarator WEGA Вопросы атомной науки и техники |
| description |
The applicability of the HIBP for stellarator WEGA is described in this article. It is possible to use such diagnostics for local plasma parameters measurement. Calculations of probing Na + beam trajectories were done for WEGA magnetic configuration with B0 = 0.5 T. The trajectory optimization aiming for the maximal plasma observation was done for chosen entrance and exit port combination. The calculation showsthat HIBPallows getting radial profiles of plasma parameters. The detector line of equal entrance angle connects the central area and the edge of the plasma column for beam energy E =30-60 keV. The detector line of equal energy E = 40 keV allowsto obtain series of radial profiles during single shot by changing of the beam entrance angle with the scan of control voltage. |
| format |
Article |
| author |
Krupnik, L.I. Deshko, G.N. Zhezhera, A.I. Melnikov, A.V. Perfilov, S.V. Otte, M. |
| author_facet |
Krupnik, L.I. Deshko, G.N. Zhezhera, A.I. Melnikov, A.V. Perfilov, S.V. Otte, M. |
| author_sort |
Krupnik, L.I. |
| title |
Applicability of Heavy Ion Beam Probing (HIBP) system for stellarator WEGA |
| title_short |
Applicability of Heavy Ion Beam Probing (HIBP) system for stellarator WEGA |
| title_full |
Applicability of Heavy Ion Beam Probing (HIBP) system for stellarator WEGA |
| title_fullStr |
Applicability of Heavy Ion Beam Probing (HIBP) system for stellarator WEGA |
| title_full_unstemmed |
Applicability of Heavy Ion Beam Probing (HIBP) system for stellarator WEGA |
| title_sort |
applicability of heavy ion beam probing (hibp) system for stellarator wega |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| publishDate |
2005 |
| topic_facet |
Plasma diagnostics |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/79154 |
| citation_txt |
Applicability of Heavy Ion Beam Probing (HIBP) system for stellarator WEGA / L.I. Krupnik, G.N. Deshko, A.I. Zhezhera, A.V. Melnikov, S.V. Perfilov, M. Otte // Вопросы атомной науки и техники. — 2005. — № 1. — С. 215-217. — Бібліогр.: 2 назв. — англ. |
| series |
Вопросы атомной науки и техники |
| work_keys_str_mv |
AT krupnikli applicabilityofheavyionbeamprobinghibpsystemforstellaratorwega AT deshkogn applicabilityofheavyionbeamprobinghibpsystemforstellaratorwega AT zhezheraai applicabilityofheavyionbeamprobinghibpsystemforstellaratorwega AT melnikovav applicabilityofheavyionbeamprobinghibpsystemforstellaratorwega AT perfilovsv applicabilityofheavyionbeamprobinghibpsystemforstellaratorwega AT ottem applicabilityofheavyionbeamprobinghibpsystemforstellaratorwega |
| first_indexed |
2025-07-06T03:13:30Z |
| last_indexed |
2025-07-06T03:13:30Z |
| _version_ |
1836865668908056576 |
| fulltext |
APPLICABILITY OF HEAVY ION BEAM PROBING (HIBP) SYSTEM
FOR STELLARATOR WEGA
L.I. Krupnik1, G.N. Deshko1, A.I. Zhezhera1, A.V. Melnikov2, S.V. Perfilov2, M. Otte3
1Institute of Plasma Physics, NSC “Kharkov Institute of Physics and Technology”,
61108 Kharkov, Ukraine;
2Institute of Nuclear Fusion, RRC “Kurchatov Institute”, 123182 Moscow, Russia;
3Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, EURATOM Ass. D-17491 Greifswald, Germany
The applicability of the HIBP for stellarator WEGA is described in this article. It is possible to use such diagnostics for local
plasma parameters measurement. Calculations of probing Na+ beam trajectories were done for WEGA magnetic configuration
with B0 = 0.5 T. The trajectory optimization aiming for the maximal plasma observation was done for chosen entrance and exit
port combination. The calculation shows that HIBP allows getting radial profiles of plasma parameters. The detector line of equal
entrance angle connects the central area and the edge of the plasma column for beam energy E =30-60 keV. The detector line of
equal energy E = 40 keV allows to obtain series of radial profiles during single shot by changing of the beam entrance angle with
the scan of control voltage.
PACS: 52.70.Nc
INTRODUCTION
The Heavy Ion Beam Probing (HIBP) diagnostics is
known as a unique tool for the direct contact less local
measurements of plasma potential. Its ability to measure
plasma density, temperature and plasma current profile
distributions is well known also.
The operation of the HIBP is based on the injection of
primary single-charged ion beam into the plasma across the
maintaining magnetic field and the registration of the double-
charged secondary particles, born due to the collisions with
plasma electrons. The region of secondary ionization in
plasma, called the sample volume, is the local region of the
plasma potential measurements. Position and size of the
sample volume are determined by calculation of the probing
particles trajectories.
The applied equipment for a variety of magnetic
confinement devices (tokamaks, stellarators, bumpy torii,
tandem mirrors) has common features but differ in beam
energies and ion beam species. The geometry of the confining
magnetic field and the size of confinement device determine
the energy requirements of the ion beam used for any HIBP
application [1, 2]. The applicability of HIBP for WEGA
stellarator is described in this article.
1. CALCULATIONS
There are physical limitations of HIBP measurements for
all plasma cross-sections consisting in that the ions’ Larmor
radius should be larger than radius of magnetic field area.
Besides, there are geometrical limitations, which are
determined by design of vacuum chamber (arrangement of
entrance and exit ports), arrangement of magnetic coils,
bearings and already installed diagnostic equipment. They
greatly narrow down the size of plasma investigated area
The WEGA stellarator isn’t very comfortable for HIBP
diagnostics because of it has quite large empty magnetic field
volume, compared with a plasma volume. Also, already
installed diagnostic ports have small inner diameters to
provide wide fan of primary and secondary ion beams across
them. 3D nature of ions trajectories diminishes the HIBP
measurement area and complicates the beam pass through the
installation.
Determination of position and size of studied area in the
plasma is possible only by a computational way. First, the
magnetic field was calculated for a special 3-dimensional grid
that covers some of the stellarator working volume. The
resulting magnetic field from all magnetic elements of WEGA
stellarator was used for a calculation of primary and secondary
ions’ trajectories.
Fig.1. WEGA stellarator · L = 2, m = 5, · R=72 cm,
a = 19 cm, B (0) up to 0.5 T
The system of equations for particles motion in
electromagnetic field was solved by the Runge-Kutta method
with certain accuracy:
Many variants of injector and detector placement were
analyzed using different installation positions and angles in
order to comply the HIBP diagnostics with existing WEGA
stellarator equipment.
The trajectory optimization aiming for the maximal
plasma observation was done for chosen port combinations.
Problems of Atomic Science and Technology. 2005. № 1. Series: Plasma Physics (10). P. 215-217 215
Variant I
Fig.2. WEGA HIBP diagnostics scheme (XY plane)
Fig.3. WEGA HIBP diagnostics scheme (XZ plane)
Fig.4. Detector grid
Fig.5. Control voltages for the constant
energy detector line E=36 keV
The special beam-lines for the primary and the secondary
ions are necessary to transfer the particles from the accelerator
to plasma through the area of magnetic field and further to ion
energy analyzer. They are also necessary to control the beam
Variant II
Fig.6. WEGA HIBP diagnostics scheme (XY plane)
Fig.7. WEGA HIBP diagnostics scheme (XZ plane)
Fig.8. Detector grid
Fig.9. Control voltages for the constant
energy detector line E=39 keV
trajectory and drive it to energy analyzer with optimized
entrance angles. Such electrostatic control looks to be the
216
necessary elements of the HIBP hardware for stellarator like
WEGA.
2. RESULTS
The calculations of the trajectories were made using singly
charged sodium (Na+) primary ions in the energy range of 30-
60 keV.
WEGA HIBP project will use entrance port C+ for an
injection of primary ion beam and exit port C- for a detection
of the secondary ions beams, coming out of the plasma. These
ports are placed on a toroidal angle φ = 54o and are
perpendicular to each other. Two variants of HIBP diagnostic
for different direction of helical coil current were calculated, as
it can be easily changed. In the first variant plasma have
“horizontal” shape, when Ihelix1 > 0 and Ihelix2 < 0. In the second
variant plasma have “vertical” shape, when Ihelix1 < 0 and Ihelix2
> 0.
Detector grid calculated in the 1st variant covers quite
large area of the plasma. It is possible to get the plasma
potential profile by fast voltage scan system in the range of
0.1<ρ<0.7. But in this case the size of a sample volume on the
periphery is rather large, thus the spatial resolution of plasma
potential measurements in this region will be low (about 1,5-2
cm for a detector with 4 mm entrance slit).
Increasing of the sample volume size on the periphery is
quite good because of it helps to maintain the secondary ion
current as the density on the periphery of plasma is lower than
that in the central area. These variants are differing only in
beta placement of secondary beam-line, which can be built on
flexible sockets (bellows) to make using the both of these
variants possible.
Five pairs of electrostatic deflection plates of primary and
secondary beam-lines were used in calculation for scanning
and correcting the beam motion. The necessary control
voltages on the plates were also calculated.
The work of Kurchatov team was supported by RFBR,
grant 02-02-17727 and INTAS, grant 2001-2056. The work of
Kharkov team was supported by INTAS, grants 2001-2056 and
2001-0593.
CONCLUSIONS
The applicability of the HIBP for the WEGA
stellarator is described in this article. It is possible to use
such diagnostics for a local plasma parameters
measurement. The necessary voltages on the primary ion
beam accelerator, energy analyzer and deflecting plates
are acceptable. The WEGA HIBP will be consists of a
100 keV sodium ions accelerator, 30o Proca-Green
electrostatic analyzer, primary and secondary beam-lines,
special equipment for a signal detection and for an active
beam control.
REFERENCES
1. V.E. Bykov, L.I. Krupnik, A.V. Melnikov, I.S. Nedzelskij,
N.V. Samohvalov, A.V. Khodyachih, B.A. Shevchuk.
Calculation of trajectories of heavy ion probe beams in
stellarator type installations “URAGAN-2”, “URAGAN-3”
and “URAGAN-2M”// Preprint KIPT 88-9, Kharkov, KIPT
AS USSR, 1988.
2. I.S. Bondarenko, S.M. Khrebtov, L.I. Krupnik, I.S.
Nedzelskij, O.A. Gordeev, N.V. Kharchev, A.V. Melnikov,
K.N. Tarasyan, C. Hidalgo, I. Garcia-Cortes. Heavy ion beam
probe diagnostics on TJ-1 tokamak and the measurements of
the plasma potential and density profiles// Rev Sci. Instrum.
68(1), January, 1997.
ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМЫ ЗОНДИРОВАНИЯ ПУЧКОМ ТЯЖЕЛЫХ ИОНОВ
(HIBP) ДЛЯ СТЕЛЛАРАТОРА WEGA
Л.И. Крупник, Г.Н. Дешко, А.И. Жежера, А.В. Мельников, С.В. Перфилов, М. Отте
В статье описана возможность применения HIBP диагностики для стелларатора WEGA. Возможно
применения этой диагностики для локальных измерений параметров плазмы. Проведены расчеты траекторий
пучка ионов натрия для магнитной конфигурации WEGA с Bo = 0.5 T. Проведена оптимизация траекторий с
целью получения максимально возможной области наблюдения плазмы при данной комбинации входного и
выходного портов. Расчеты показывают возможность получения радиальных профилей параметров плазмы с
помощью HIBP диагностики. Детекторная линия для постоянного угла входа касается центральной области и
периферии плазмы при энергии пучка E =30-60 keV. Детекторная линия для постоянной энергии E = 40 keV
позволяет получить серию радиальных профилей за один разряд при изменении входного угла с помощью
сканирования пучка управляющим напряжением.
МОЖЛИВІСТЬ ЗАСТОСУВАННЯ СИСТЕМИ ЗОНДУВАННЯ ПУЧКОМ
ВАЖКИХ ІОНІВ (HIBP) ДЛЯ СТЕЛАРАТОРА WEGA
Л.І. Крупнік, Г.М. Дешко, О.І. Жежера, О.В. Мельніков, С.В. Перфілов, М. Отте
У статті описана можливість застосування HIBP діагностики для стеларатора WEGA. Можливе
застосування цієї діагностики для локального вимірювання параметрів плазми. Проведені розрахунки
траєкторій пучка іонів натрію для магнітної конфігурації WEGA з Bo = 0.5 T. Проведено оптимізацію
траєкторій з метою одержання максимально можливої області спостерігання плазми для даної комбінації
вхідного та вихідного портів. Розрахунки показують можливість одержання радіальних профілів параметрів
плазми за допомогою HIBP діагностики. Детекторна лінія для постійного кута входу торкается центральної
області та периферії плазми при енергії пучка E =30-60 keV. Детекторна лінія для постійної енергії E = 40
217
keV дозволяє одержати серію радіальних профілів за один постріл при зміні вхідного кута за допомогою
сканування пучка керуючою напругою.
218
|