Recent measurements of the electric potential profile and fluctuations in ECRH and NBI plasmas on TJ-II stellarator
Heavy Ion Beam Probe diagnostics is used in TJ-II stellarator to study directly the plasma electric potential with a good spatial (up to 1cm) and temporal (up to 2 µs ) resolution. Low density (ne = (0.3…0.5)×1019 m –3) ECRH plasma in TJ-II is characterized by positive plasma potential (ϕ(0) = +6...
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2009
|
| Назва видання: | Вопросы атомной науки и техники |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/88171 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Recent measurements of the electric potential profile and fluctuations in ECRH and NBI plasmas on TJ-II stellarator / L.I. Krupnik, A.V. Melnikov, C. Hidalgo, L.G. Eliseev, A.A. Chmyga, A.D. Komarov, A.S. Kozachok, S.V. Perfilov, L.G. Lysenko, A.I. Zhezhera, M.A. Pedrosa, J.L. de Pablos // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 1. — С. 31-33. — Бібліогр.: 2 назв. — англ. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-88171 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-881712015-11-09T03:02:04Z Recent measurements of the electric potential profile and fluctuations in ECRH and NBI plasmas on TJ-II stellarator Krupnik, L.I. Melnikov, A.V. Hidalgo, C. Eliseev, L.G. Chmyga, A.A. Komarov, A.D. Kozachok, A.S. Perfilov, S.V. Lysenko, L.G. Zhezhera, A.I. Pedrosa, M.A. de Pablos, J.L. Магнитное удержание Heavy Ion Beam Probe diagnostics is used in TJ-II stellarator to study directly the plasma electric potential with a good spatial (up to 1cm) and temporal (up to 2 µs ) resolution. Low density (ne = (0.3…0.5)×1019 m –3) ECRH plasma in TJ-II is characterized by positive plasma potential (ϕ(0) = +600…+ 400 V). At higher densities the minor area of the negative electric potential appears at the edge. This area increases with the density, finally makes potential fully negative. This tendency is affected by ECRH power and deposition area. The NBI plasmas are characterized by negative electric potential in the full plasma column from the center to the edge, (ϕ(0) = -300…-600 V). These results show the clear link between plasma potential, temperature, density and particle confinement. безконтактного вимірювання електричного потенціалу плазми з високою просторовою (до 1 см) та часовою (до 2 мкс) здатністю. Плазма з низькою щільністю (ne=(0.3…0.5)×1019м –3) в ЕЦР-режимі нагріву на TJ-II характеризується позитивним потенціалом (ϕ(0) = +600…+400 В). При більшій щільності невелика область з негативним потенціалом виникає на периферії. Ця область зростає із збільшенням щільності і, зрештою, потенціал стає повністю негативним. Така поведінка залежить від потужності ЕЦР-нагріву і області її вивільнення. Плазма під час нагріву нейтральним пучком характеризується негативним потенціалом всього плазмового шнура від центру до периферії (ϕ(0) = -300…-600 В). Ці результати показують чіткий зв'язок між потенціалом плазми, електронною температурою, щільністю та утриманням часток. Диагностика плазмы тяжелым пучком ионов используется на стеллараторе TJ-II для бесконтактного измерения электрического потенциала плазмы с высоким пространственным (до 1 см) и временным (до 2 мкс) разрешением. Плазма с низкой плотностью (ne = (0.3…0.5)×1019 м –3) при ЭЦР- нагреве в TJ-II характеризуется положительным потенциалом (ϕ(0) = +600…+400 В). При больших плотностях небольшая область с отрицательным потенциалом возникает на периферии. Эта область увеличивается с возрастанием плотности и, в конечном итоге, потенциал плазмы становится полностью отрицательным. Такое поведение зависит от мощности ЭЦР-нагрева и области высвобождения мощности. Плазма при нагреве нейтральным пучком характеризуется отрицательным потенциалом всего плазменного шнура от центра к периферии (ϕ(0) = -300…-600 V). Эти результаты показывают четкую связь между потенциалом плазмы, электронной температурой, плотностью и удержанием частиц. 2009 Article Recent measurements of the electric potential profile and fluctuations in ECRH and NBI plasmas on TJ-II stellarator / L.I. Krupnik, A.V. Melnikov, C. Hidalgo, L.G. Eliseev, A.A. Chmyga, A.D. Komarov, A.S. Kozachok, S.V. Perfilov, L.G. Lysenko, A.I. Zhezhera, M.A. Pedrosa, J.L. de Pablos // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 1. — С. 31-33. — Бібліогр.: 2 назв. — англ. 1562-6016 PACS: 52.70.Nс http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/88171 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 |
Магнитное удержание Магнитное удержание |
| spellingShingle |
Магнитное удержание Магнитное удержание Krupnik, L.I. Melnikov, A.V. Hidalgo, C. Eliseev, L.G. Chmyga, A.A. Komarov, A.D. Kozachok, A.S. Perfilov, S.V. Lysenko, L.G. Zhezhera, A.I. Pedrosa, M.A. de Pablos, J.L. Recent measurements of the electric potential profile and fluctuations in ECRH and NBI plasmas on TJ-II stellarator Вопросы атомной науки и техники |
| description |
Heavy Ion Beam Probe diagnostics is used in TJ-II stellarator to study directly the plasma electric potential with a
good spatial (up to 1cm) and temporal (up to 2 µs ) resolution. Low density (ne = (0.3…0.5)×1019 m
–3) ECRH plasma in
TJ-II is characterized by positive plasma potential (ϕ(0) = +600…+ 400 V). At higher densities the minor area of the
negative electric potential appears at the edge. This area increases with the density, finally makes potential fully
negative. This tendency is affected by ECRH power and deposition area. The NBI plasmas are characterized by
negative electric potential in the full plasma column from the center to the edge, (ϕ(0) = -300…-600 V). These results
show the clear link between plasma potential, temperature, density and particle confinement. |
| format |
Article |
| author |
Krupnik, L.I. Melnikov, A.V. Hidalgo, C. Eliseev, L.G. Chmyga, A.A. Komarov, A.D. Kozachok, A.S. Perfilov, S.V. Lysenko, L.G. Zhezhera, A.I. Pedrosa, M.A. de Pablos, J.L. |
| author_facet |
Krupnik, L.I. Melnikov, A.V. Hidalgo, C. Eliseev, L.G. Chmyga, A.A. Komarov, A.D. Kozachok, A.S. Perfilov, S.V. Lysenko, L.G. Zhezhera, A.I. Pedrosa, M.A. de Pablos, J.L. |
| author_sort |
Krupnik, L.I. |
| title |
Recent measurements of the electric potential profile and fluctuations in ECRH and NBI plasmas on TJ-II stellarator |
| title_short |
Recent measurements of the electric potential profile and fluctuations in ECRH and NBI plasmas on TJ-II stellarator |
| title_full |
Recent measurements of the electric potential profile and fluctuations in ECRH and NBI plasmas on TJ-II stellarator |
| title_fullStr |
Recent measurements of the electric potential profile and fluctuations in ECRH and NBI plasmas on TJ-II stellarator |
| title_full_unstemmed |
Recent measurements of the electric potential profile and fluctuations in ECRH and NBI plasmas on TJ-II stellarator |
| title_sort |
recent measurements of the electric potential profile and fluctuations in ecrh and nbi plasmas on tj-ii stellarator |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| publishDate |
2009 |
| topic_facet |
Магнитное удержание |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/88171 |
| citation_txt |
Recent measurements of the electric potential profile and fluctuations in ECRH and NBI plasmas on TJ-II stellarator / L.I. Krupnik, A.V. Melnikov, C. Hidalgo, L.G. Eliseev, A.A. Chmyga, A.D. Komarov, A.S. Kozachok, S.V. Perfilov, L.G. Lysenko, A.I. Zhezhera, M.A. Pedrosa, J.L. de Pablos // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 1. — С. 31-33. — Бібліогр.: 2 назв. — англ. |
| series |
Вопросы атомной науки и техники |
| work_keys_str_mv |
AT krupnikli recentmeasurementsoftheelectricpotentialprofileandfluctuationsinecrhandnbiplasmasontjiistellarator AT melnikovav recentmeasurementsoftheelectricpotentialprofileandfluctuationsinecrhandnbiplasmasontjiistellarator AT hidalgoc recentmeasurementsoftheelectricpotentialprofileandfluctuationsinecrhandnbiplasmasontjiistellarator AT eliseevlg recentmeasurementsoftheelectricpotentialprofileandfluctuationsinecrhandnbiplasmasontjiistellarator AT chmygaaa recentmeasurementsoftheelectricpotentialprofileandfluctuationsinecrhandnbiplasmasontjiistellarator AT komarovad recentmeasurementsoftheelectricpotentialprofileandfluctuationsinecrhandnbiplasmasontjiistellarator AT kozachokas recentmeasurementsoftheelectricpotentialprofileandfluctuationsinecrhandnbiplasmasontjiistellarator AT perfilovsv recentmeasurementsoftheelectricpotentialprofileandfluctuationsinecrhandnbiplasmasontjiistellarator AT lysenkolg recentmeasurementsoftheelectricpotentialprofileandfluctuationsinecrhandnbiplasmasontjiistellarator AT zhezheraai recentmeasurementsoftheelectricpotentialprofileandfluctuationsinecrhandnbiplasmasontjiistellarator AT pedrosama recentmeasurementsoftheelectricpotentialprofileandfluctuationsinecrhandnbiplasmasontjiistellarator AT depablosjl recentmeasurementsoftheelectricpotentialprofileandfluctuationsinecrhandnbiplasmasontjiistellarator |
| first_indexed |
2025-07-06T15:52:20Z |
| last_indexed |
2025-07-06T15:52:20Z |
| _version_ |
1836913410167537664 |
| fulltext |
RECENT MEASUREMENTS OF THE ELECTRIC POTENTIAL PROFILE
AND FLUCTUATIONS IN ECRH AND NBI PLASMAS
ON TJ-II STELLARATOR
L.I. Krupnik, A.V. Melnikov1, C. Hidalgo2, L.G. Eliseev1, A.A. Chmyga,
A.D. Komarov, A.S. Kozachok, S.V. Perfilov1, L.G. Lysenko1, A.I. Zhezhera, M.A. Pedrosa2,
J.L. de Pablos2
Institute of Plasma Physics, NSC “Kharkov Institute of Physics and Technology”,
Kharkov, Ukraine;
1Institute of Nuclear Fusion, RRC Kurchatov Institute, Moscow, Russia;
2Laboratorio Nacional de Fusión, EURATOM-CIEMAT, Madrid, Spain
Heavy Ion Beam Probe diagnostics is used in TJ-II stellarator to study directly the plasma electric potential with a
good spatial (up to 1cm) and temporal (up to 2 µs ) resolution. Low density (ne = (0.3…0.5)×1019 m–3) ECRH plasma in
TJ-II is characterized by positive plasma potential (ϕ(0) = +600…+ 400 V). At higher densities the minor area of the
negative electric potential appears at the edge. This area increases with the density, finally makes potential fully
negative. This tendency is affected by ECRH power and deposition area. The NBI plasmas are characterized by
negative electric potential in the full plasma column from the center to the edge, (ϕ(0) = -300…-600 V). These results
show the clear link between plasma potential, temperature, density and particle confinement.
PACS: 52.70.Nс
1. INTRODUCTION
The studies of Er or plasma potential are very important
for understanding of the mechanisms to the confinement
improvement regimes in toroidal plasmas. The task is
difficult, because there are still many plasma parameters,
which give the impact to the core Er formation. This paper
presents an attempt to characterise mean core plasma
potential for ECRH and NBI heated plasmas of TJ-II
stellarator. Also the study of Er effect on plasma
turbulence as a fluctuation suppression factor is very
important. It is possible to measure Alfven modes, their
spatial distribution and characteristics inside plasma bulk.
2. TJ-II STELLARATOR
TJ-II is a four-field-period low-magnetic shear
stellarator. Major radius is <R> = 1.5 m, minor is <a> =
0.22 m. The toroidal field strength is B0 = 1.0 T. The
mean density obtained so far <ne>= (0.3…7.0)x1019m-3.
The plasma is headed by 2 gyrotrons with maximum
power 2x300=600 kW. Also 2 neutral beam injectors with
maximum heating power 2x500=1000 kW is installed.
TJ-II is equipped by various diagnostics: Thompson
scattering, Electron Cyclotron Emission diagnostic,
Langmuir probes, Heavy Ion Beam Probe, and etc.
3. HIBP ON TJ-II
TJ-II is equipped with a 125 keV Cs+ HIBP [1], which
allows us to obtain plasma profiles from the edge to the
core each 5…20 ms (Fig. 1). Those are ϕ - plasma electric
potential from the energy deviation of the probing
particles, ne - plasma electron density from the total beam
current of secondary Cs++ ions. ϕ and ne fluctuations are
also can be analyzed up to 250 kHz so far.
4. PLASMA POTENTIAL EVOLUTION
In the experiments, the different type of ramp up of the
density due to gas puffing control and ECRH to NBI
phase explored. We can see that transition from the
positive to negative electric potential/Er is quite smooth.
(Fig. 2). Low (almost zero) potential/Er happens when the
mean density is in the range of ne ~ 1×1019 m-3. We can
see no link with the mean of heating scenarios, but the
clear potential - density link (Fig. 3).
Fig.1. HIBP diagnostic installation and commonly used
detector line for a standard operational regime
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2009. № 1. 31
Series: Plasma Physics (15), p. 31-33.
Fig.2. Transition of the potential profiles
Fig.3. Potential-density behavior
5. POWER DIPOSITION LEVEL VERSUS
POTENTIAL
The experiments with modulation of the gyrotron
power have been performed. We try to investigate
potential profiles versus heating power at constant
density. The scans was extracted at different shots
depending on the ramp up of the density around ne = 0.65
×1019 m-3 with error of ±0.2×1019 m-3. The resulting
picture is shown in Fig.4. It can bee seen clear evolution
of the potential profile versus power level of the
gyrotrons. Plasma potential value rises with power
growth [2].
In order to understand the correlation between central
potential and electron temperature, as it linked to the heating
power, we try to compare the signal from central measuring
point of HIBP at ρ = 0.08 with the calibrated signal of
Electron Cyclotron Emission diagnostic (ECE9). The results
are shown in Fig. 5. There is also almost linear dependence
of temperature on central potential with some deviation.
6. Er PROFILE EVOLUTION
WITH DENSITY RISE
During the operation of the TJ-II using two neutral
beam injectors (NBI1 and NBI2) which produced high
plasma density the poloidal rotation can reach 10 km/s. It
corresponds to the electric field of 100 V/cm (Fig. 6).
Up to now, it is not possible to access the plasma at the
central area and especially “hardcore” zone at the plasma
densities more than 5×1019 m-3 because of significant
primary beam attenuation. But we are able to measure the
electric field at the “softcore” periphery even at the higher
densities.
Fig.4. ECRH power scan
Fig.5. Potential versus temperature
Fig.6. Measured values of the radial electric field at the
periphery
In nearest future it is planned new injector system with
increased primary current, which will give deeper
measuring zone.
32
7. PLASMA TURBULENCE
Density fluctuation level is sensitive to <ne>, and it
suppressed at NBI (Fig. 7).
ρ ~ 0.3
f,kHz
t, ms
Fig.7
8. ALFVEN MODE OBSERVATION
In special regimes the Alfven modes were observed
(Fig. 8).
PSD I beam ~ ne (local) PSD ϕ (local)
Fig.8. Power signal densities (PSD) of the total
secondary current and potential
Using spectrum and correlation analysis, it will be
possible to determine the nature and the position of the
exсiting Alfven modes in the plasma and to make
crosscheck with other diagnostics.
CONCLUSIONS
The recent HIBP study of ECE and NBI regimes in
TJ-II plasma shows the evidence of positive electric
potential up to +1300 V in the low density ECRH plasma
and of negative electric potential up to -600 V in the high
density NBI heated plasma. The <ne> and ϕ(0) are in
inverse correlation: the higher density leads to the lower
plasma potential at the core and at the edge. The Te(0) and
ϕ(0) have a direct dependence: the higher Te − the higher
ϕ(0). With density rise, Er evolves from positive to
negative values. Further negative Er increases at the
gradient region. Density rise is associated with the
suppression of the plasma turbulence. HIBP is a powerful
instrument to study spatial distribution and properties of
the Alfven modes inside plasma.
REFERENCES
1. L.I. Krupnik et al. Plasma Potential Measurements by
Heavy Ion Beam Probe in TJ-II Stellarator // ECA. 2001,
v. 25A, p. 2157-2160.
2. L. Krupnik, A. Melnikov et al. Plasma Electric
Potential Evolution at the Core and Edge of the TJ-II
Stellarator and T-10 Tokamak // Problems of Atomic
Science and Technology. Series “Plasma Physics” (12).
2006, № 6, p. 37-40.
Article received 18.11.08
ПОСЛЕДНИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОФИЛЯ ПОТЕНЦИАЛА И ФЛУКТУАЦИЙ
ПРИ НАГРЕВЕ ЭЦР И ПУЧКОМ НЕЙТРАЛОВ В ПЛАЗМЕ НА СТЕЛЛАРАТОРЕ TJ-II
Л.И. Крупник, А.В. Мельников, C. Hidalgo, Л.Г. Елисеев, А.A. Чмыга, А.Д. Комаров, А.С. Козачек,
С.В. Перфилов, Л.Г. Лысенко, А.И. Жежера, M.A. Pedrosa, J.L. de Pablos
Диагностика плазмы тяжелым пучком ионов используется на стеллараторе TJ-II для бесконтактного
измерения электрического потенциала плазмы с высоким пространственным (до 1 см) и временным (до 2 мкс)
разрешением. Плазма с низкой плотностью (ne = (0.3…0.5)×1019 м–3) при ЭЦР- нагреве в TJ-II характеризуется
положительным потенциалом (ϕ(0) = +600…+400 В). При больших плотностях небольшая область с
отрицательным потенциалом возникает на периферии. Эта область увеличивается с возрастанием плотности и,
в конечном итоге, потенциал плазмы становится полностью отрицательным. Такое поведение зависит от
мощности ЭЦР-нагрева и области высвобождения мощности. Плазма при нагреве нейтральным пучком
характеризуется отрицательным потенциалом всего плазменного шнура от центра к периферии (ϕ(0) =
-300…-600 V). Эти результаты показывают четкую связь между потенциалом плазмы, электронной
температурой, плотностью и удержанием частиц.
ОСТАННІ РЕЗУЛЬТАТИ ПО ВИМІРУ ПРОФІЛЮ ПОТЕНЦІАЛУ ТА ФЛУКТУАЦІЙ ПІД ЧАС
НАГРІВУ ЕЦР ТА ПУЧКОМ НЕЙТРАЛІВ У ПЛАЗМІ НА СТЕЛАРАТОРІ TJ-II
Л.І. Крупнік, О.В. Мельников, C. Hidalgo, Л.Г. Єлісеєв, О.О. Чмига, О.Д. Комаров, О.С. Козачек,
С.В. Перфілов, Л.Г. Лисенко, О.І. Жежера, M.A. Pedrosa, J.L. de Pablos
Діагностика плазми за допомогою пучка важких іонів використовується на стелараторі TJ-II для
безконтактного вимірювання електричного потенціалу плазми з високою просторовою (до 1 см) та часовою (до
2 мкс) здатністю. Плазма з низькою щільністю (ne=(0.3…0.5)×1019 м–3) в ЕЦР-режимі нагріву на TJ-II
характеризується позитивним потенціалом (ϕ(0) = +600…+400 В). При більшій щільності невелика область з
негативним потенціалом виникає на периферії. Ця область зростає із збільшенням щільності і, зрештою,
потенціал стає повністю негативним. Така поведінка залежить від потужності ЕЦР-нагріву і області її
вивільнення. Плазма під час нагріву нейтральним пучком характеризується негативним потенціалом всього
плазмового шнура від центру до периферії (ϕ(0) = -300…-600 В). Ці результати показують чіткий зв'язок між
потенціалом плазми, електронною температурою, щільністю та утриманням часток.
33
REFERENCES
|