Behaviour of the radiation of the suprathermal electrons at the Uragan-3M torsatron after RF heating off from ECE measurements
The microwave radiometry is a well-known diagnostics to obtain the information on temporal evolution and radial profile of the electron temperature at U-3M torsatron plasma experiments. However, under low plasma density with this diagnostics we report on the large production of runaway electrons aft...
Saved in:
| Published in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Date: | 2015 |
| Main Authors: | , , , , , , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2015
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/82255 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Behaviour of the radiation of the suprathermal electrons at the Uragan-3M torsatron after RF heating off from ECE measurements / N.V. Zamanov, R.O. Pavlichenko, A.E. Kulaga, L.I. Grigor'eva, V.V. Chechkin, A.N. Shapoval, M.M. Makhov, Yu.K. Mironov, V.S. Romanov, I.K. Tarasov, D.A. Sitnikov, O.S. Pavlichenko // Вопросы атомной науки и техники. — 2015. — № 1. — С. 286-289. — Бібліогр.: 5 назв. — англ. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-82255 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Zamanov, N.V. Pavlichenko, R.O. Kulaga, A.E. Grigo’eva, L.I. Chechkin, V.V. Shapoval, A.N. Makhov, M.M. Mironov, Yu.K. Romanov, V.S. Tarasov, I.K. Sitnikov, D.A. Pavlichenko, O.S. 2015-05-27T10:30:31Z 2015-05-27T10:30:31Z 2015 Behaviour of the radiation of the suprathermal electrons at the Uragan-3M torsatron after RF heating off from ECE measurements / N.V. Zamanov, R.O. Pavlichenko, A.E. Kulaga, L.I. Grigor'eva, V.V. Chechkin, A.N. Shapoval, M.M. Makhov, Yu.K. Mironov, V.S. Romanov, I.K. Tarasov, D.A. Sitnikov, O.S. Pavlichenko // Вопросы атомной науки и техники. — 2015. — № 1. — С. 286-289. — Бібліогр.: 5 назв. — англ. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/82255 PACS: 52.55.Hc, 52.70.Gw, 52.35.Hr, 52.25.Os, 42.60.Jf, 42.15.Eq. The microwave radiometry is a well-known diagnostics to obtain the information on temporal evolution and radial profile of the electron temperature at U-3M torsatron plasma experiments. However, under low plasma density with this diagnostics we report on the large production of runaway electrons after RF heating pulse off. We notice a gradually increasing of the radiometer signal at the frequencies that match the second and third harmonics of electron cyclotron emission of the extraordinary mode. This effect could be explained with the existence of the “runaway” electrons in U-3M discharge. A phenomenological description of this process is presented, where the time evolution of the ECE radiation signal is compared to the electron density evolution. Микроволновая радиометрия является хорошо известной диагностикой для получения информации о временной эволюции и виде радиального профиля температуры электронов во время плазменных экспериментов на торсатроне У-3М. Тем не менее, в случае низкоплотной плазмы при помощи этой диагностики наблюдается появление значительного числа «убегающих» электронов после отключения импульса высокочастотного нагрева. Замечено постепенное увеличение сигнала радиометра на частотах, которые соответствуют второй и третьей гармоникам электронной циклотронной эмиссии необыкновенной волны. Этот эффект можно объяснить существованием «убегающих» электронов в разряде У-3М. Представлено феноменологическое описание этого процесса, где временная эволюция сигнала излучения ECE сравнивается с эволюцией плотности электронов. Мікрохвильова радіометрія є добре відомою діагностикою, для отримання інформації про тимчасову еволюцію та вигляд радіального профілю температури електронів під час плазмових експериментів на торсатроні У-3М. Тим не менш, у випадку низькощільної плазми за допомогою цієї діагностики спостерігається поява значного числа «тікаючих» електронів після відключення імпульсу високочастотного нагріву. Помічено поступове збільшення сигналу радіометра на частотах, які відповідають другій і третій гармонікам електронної циклотронної емісії незвичайної хвилі. Цей ефект можна пояснити існуванням «тікаючих» електронів у розряді У-3М. Представлено феноменологічний опис цього процесу, де тимчасова еволюція сигналу випромінювання ECE порівнюється з еволюцією щільності електронів. en Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Диагностика плазмы Behaviour of the radiation of the suprathermal electrons at the Uragan-3M torsatron after RF heating off from ECE measurements Поведінка випромінювання надтеплових электронів на торсатроні Ураган-3М після вимкнення нагріву за даними електронного циклотронного випромінювання Поведение излучения сверхтепловых электронов на торсатроне Ураган-3М после выключения нагрева по данным электронного циклотронного излучения Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Behaviour of the radiation of the suprathermal electrons at the Uragan-3M torsatron after RF heating off from ECE measurements |
| spellingShingle |
Behaviour of the radiation of the suprathermal electrons at the Uragan-3M torsatron after RF heating off from ECE measurements Zamanov, N.V. Pavlichenko, R.O. Kulaga, A.E. Grigo’eva, L.I. Chechkin, V.V. Shapoval, A.N. Makhov, M.M. Mironov, Yu.K. Romanov, V.S. Tarasov, I.K. Sitnikov, D.A. Pavlichenko, O.S. Диагностика плазмы |
| title_short |
Behaviour of the radiation of the suprathermal electrons at the Uragan-3M torsatron after RF heating off from ECE measurements |
| title_full |
Behaviour of the radiation of the suprathermal electrons at the Uragan-3M torsatron after RF heating off from ECE measurements |
| title_fullStr |
Behaviour of the radiation of the suprathermal electrons at the Uragan-3M torsatron after RF heating off from ECE measurements |
| title_full_unstemmed |
Behaviour of the radiation of the suprathermal electrons at the Uragan-3M torsatron after RF heating off from ECE measurements |
| title_sort |
behaviour of the radiation of the suprathermal electrons at the uragan-3m torsatron after rf heating off from ece measurements |
| author |
Zamanov, N.V. Pavlichenko, R.O. Kulaga, A.E. Grigo’eva, L.I. Chechkin, V.V. Shapoval, A.N. Makhov, M.M. Mironov, Yu.K. Romanov, V.S. Tarasov, I.K. Sitnikov, D.A. Pavlichenko, O.S. |
| author_facet |
Zamanov, N.V. Pavlichenko, R.O. Kulaga, A.E. Grigo’eva, L.I. Chechkin, V.V. Shapoval, A.N. Makhov, M.M. Mironov, Yu.K. Romanov, V.S. Tarasov, I.K. Sitnikov, D.A. Pavlichenko, O.S. |
| topic |
Диагностика плазмы |
| topic_facet |
Диагностика плазмы |
| publishDate |
2015 |
| language |
English |
| container_title |
Вопросы атомной науки и техники |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Поведінка випромінювання надтеплових электронів на торсатроні Ураган-3М після вимкнення нагріву за даними електронного циклотронного випромінювання Поведение излучения сверхтепловых электронов на торсатроне Ураган-3М после выключения нагрева по данным электронного циклотронного излучения |
| description |
The microwave radiometry is a well-known diagnostics to obtain the information on temporal evolution and radial profile of the electron temperature at U-3M torsatron plasma experiments. However, under low plasma density with this diagnostics we report on the large production of runaway electrons after RF heating pulse off. We notice a gradually increasing of the radiometer signal at the frequencies that match the second and third harmonics of electron cyclotron emission of the extraordinary mode. This effect could be explained with the existence of the “runaway” electrons in U-3M discharge. A phenomenological description of this process is presented, where the time evolution of the ECE radiation signal is compared to the electron density evolution.
Микроволновая радиометрия является хорошо известной диагностикой для получения информации о временной эволюции и виде радиального профиля температуры электронов во время плазменных экспериментов на торсатроне У-3М. Тем не менее, в случае низкоплотной плазмы при помощи этой диагностики наблюдается появление значительного числа «убегающих» электронов после отключения импульса высокочастотного нагрева. Замечено постепенное увеличение сигнала радиометра на частотах, которые соответствуют второй и третьей гармоникам электронной циклотронной эмиссии необыкновенной волны. Этот эффект можно объяснить существованием «убегающих» электронов в разряде У-3М. Представлено феноменологическое описание этого процесса, где временная эволюция сигнала излучения ECE сравнивается с эволюцией плотности электронов.
Мікрохвильова радіометрія є добре відомою діагностикою, для отримання інформації про тимчасову еволюцію та вигляд радіального профілю температури електронів під час плазмових експериментів на торсатроні У-3М. Тим не менш, у випадку низькощільної плазми за допомогою цієї діагностики спостерігається поява значного числа «тікаючих» електронів після відключення імпульсу високочастотного нагріву. Помічено поступове збільшення сигналу радіометра на частотах, які відповідають другій і третій гармонікам електронної циклотронної емісії незвичайної хвилі. Цей ефект можна пояснити існуванням «тікаючих» електронів у розряді У-3М. Представлено феноменологічний опис цього процесу, де тимчасова еволюція сигналу випромінювання ECE порівнюється з еволюцією щільності електронів.
|
| issn |
1562-6016 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/82255 |
| citation_txt |
Behaviour of the radiation of the suprathermal electrons at the Uragan-3M torsatron after RF heating off from ECE measurements / N.V. Zamanov, R.O. Pavlichenko, A.E. Kulaga, L.I. Grigor'eva, V.V. Chechkin, A.N. Shapoval, M.M. Makhov, Yu.K. Mironov, V.S. Romanov, I.K. Tarasov, D.A. Sitnikov, O.S. Pavlichenko // Вопросы атомной науки и техники. — 2015. — № 1. — С. 286-289. — Бібліогр.: 5 назв. — англ. |
| work_keys_str_mv |
AT zamanovnv behaviouroftheradiationofthesuprathermalelectronsattheuragan3mtorsatronafterrfheatingofffromecemeasurements AT pavlichenkoro behaviouroftheradiationofthesuprathermalelectronsattheuragan3mtorsatronafterrfheatingofffromecemeasurements AT kulagaae behaviouroftheradiationofthesuprathermalelectronsattheuragan3mtorsatronafterrfheatingofffromecemeasurements AT grigoevali behaviouroftheradiationofthesuprathermalelectronsattheuragan3mtorsatronafterrfheatingofffromecemeasurements AT chechkinvv behaviouroftheradiationofthesuprathermalelectronsattheuragan3mtorsatronafterrfheatingofffromecemeasurements AT shapovalan behaviouroftheradiationofthesuprathermalelectronsattheuragan3mtorsatronafterrfheatingofffromecemeasurements AT makhovmm behaviouroftheradiationofthesuprathermalelectronsattheuragan3mtorsatronafterrfheatingofffromecemeasurements AT mironovyuk behaviouroftheradiationofthesuprathermalelectronsattheuragan3mtorsatronafterrfheatingofffromecemeasurements AT romanovvs behaviouroftheradiationofthesuprathermalelectronsattheuragan3mtorsatronafterrfheatingofffromecemeasurements AT tarasovik behaviouroftheradiationofthesuprathermalelectronsattheuragan3mtorsatronafterrfheatingofffromecemeasurements AT sitnikovda behaviouroftheradiationofthesuprathermalelectronsattheuragan3mtorsatronafterrfheatingofffromecemeasurements AT pavlichenkoos behaviouroftheradiationofthesuprathermalelectronsattheuragan3mtorsatronafterrfheatingofffromecemeasurements AT zamanovnv povedínkavipromínûvannânadteplovihélektronívnatorsatroníuragan3mpíslâvimknennânagrívuzadanimielektronnogociklotronnogovipromínûvannâ AT pavlichenkoro povedínkavipromínûvannânadteplovihélektronívnatorsatroníuragan3mpíslâvimknennânagrívuzadanimielektronnogociklotronnogovipromínûvannâ AT kulagaae povedínkavipromínûvannânadteplovihélektronívnatorsatroníuragan3mpíslâvimknennânagrívuzadanimielektronnogociklotronnogovipromínûvannâ AT grigoevali povedínkavipromínûvannânadteplovihélektronívnatorsatroníuragan3mpíslâvimknennânagrívuzadanimielektronnogociklotronnogovipromínûvannâ AT chechkinvv povedínkavipromínûvannânadteplovihélektronívnatorsatroníuragan3mpíslâvimknennânagrívuzadanimielektronnogociklotronnogovipromínûvannâ AT shapovalan povedínkavipromínûvannânadteplovihélektronívnatorsatroníuragan3mpíslâvimknennânagrívuzadanimielektronnogociklotronnogovipromínûvannâ AT makhovmm povedínkavipromínûvannânadteplovihélektronívnatorsatroníuragan3mpíslâvimknennânagrívuzadanimielektronnogociklotronnogovipromínûvannâ AT mironovyuk povedínkavipromínûvannânadteplovihélektronívnatorsatroníuragan3mpíslâvimknennânagrívuzadanimielektronnogociklotronnogovipromínûvannâ AT romanovvs povedínkavipromínûvannânadteplovihélektronívnatorsatroníuragan3mpíslâvimknennânagrívuzadanimielektronnogociklotronnogovipromínûvannâ AT tarasovik povedínkavipromínûvannânadteplovihélektronívnatorsatroníuragan3mpíslâvimknennânagrívuzadanimielektronnogociklotronnogovipromínûvannâ AT sitnikovda povedínkavipromínûvannânadteplovihélektronívnatorsatroníuragan3mpíslâvimknennânagrívuzadanimielektronnogociklotronnogovipromínûvannâ AT pavlichenkoos povedínkavipromínûvannânadteplovihélektronívnatorsatroníuragan3mpíslâvimknennânagrívuzadanimielektronnogociklotronnogovipromínûvannâ AT zamanovnv povedenieizlučeniâsverhteplovyhélektronovnatorsatroneuragan3mposlevyklûčeniânagrevapodannymélektronnogociklotronnogoizlučeniâ AT pavlichenkoro povedenieizlučeniâsverhteplovyhélektronovnatorsatroneuragan3mposlevyklûčeniânagrevapodannymélektronnogociklotronnogoizlučeniâ AT kulagaae povedenieizlučeniâsverhteplovyhélektronovnatorsatroneuragan3mposlevyklûčeniânagrevapodannymélektronnogociklotronnogoizlučeniâ AT grigoevali povedenieizlučeniâsverhteplovyhélektronovnatorsatroneuragan3mposlevyklûčeniânagrevapodannymélektronnogociklotronnogoizlučeniâ AT chechkinvv povedenieizlučeniâsverhteplovyhélektronovnatorsatroneuragan3mposlevyklûčeniânagrevapodannymélektronnogociklotronnogoizlučeniâ AT shapovalan povedenieizlučeniâsverhteplovyhélektronovnatorsatroneuragan3mposlevyklûčeniânagrevapodannymélektronnogociklotronnogoizlučeniâ AT makhovmm povedenieizlučeniâsverhteplovyhélektronovnatorsatroneuragan3mposlevyklûčeniânagrevapodannymélektronnogociklotronnogoizlučeniâ AT mironovyuk povedenieizlučeniâsverhteplovyhélektronovnatorsatroneuragan3mposlevyklûčeniânagrevapodannymélektronnogociklotronnogoizlučeniâ AT romanovvs povedenieizlučeniâsverhteplovyhélektronovnatorsatroneuragan3mposlevyklûčeniânagrevapodannymélektronnogociklotronnogoizlučeniâ AT tarasovik povedenieizlučeniâsverhteplovyhélektronovnatorsatroneuragan3mposlevyklûčeniânagrevapodannymélektronnogociklotronnogoizlučeniâ AT sitnikovda povedenieizlučeniâsverhteplovyhélektronovnatorsatroneuragan3mposlevyklûčeniânagrevapodannymélektronnogociklotronnogoizlučeniâ AT pavlichenkoos povedenieizlučeniâsverhteplovyhélektronovnatorsatroneuragan3mposlevyklûčeniânagrevapodannymélektronnogociklotronnogoizlučeniâ |
| first_indexed |
2025-11-27T05:34:17Z |
| last_indexed |
2025-11-27T05:34:17Z |
| _version_ |
1850799047806287872 |
| fulltext |
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2015. №1(95)
286 PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2015, №1. Series: Plasma Physics (21), p.286-289.
BEHAVIOUR OF THE RADIATION OF THE SUPRATHERMAL
ELECTRONS AT THE URAGAN-3M TORSATRON AFTER RF HEATING
OFF FROM ECE MEASUREMENTS
N.V. Zamanov, R.O. Pavlichenko, A.E. Kulaga, L.I. Grigor'eva, V.V. Chechkin,
A.N. Shapoval, M.M. Makhov, Yu.K. Mironov, V.S. Romanov, I.K. Tarasov, D.A. Sitnikov,
O.S. Pavlichenko
Institute of Plasma Physics of the NSC KIPT, Kharkov, Ukraine
E-mail: zamanov@kipt.kharkov.ua
The microwave radiometry is a well-known diagnostics to obtain the information on temporal evolution and
radial profile of the electron temperature at U-3M torsatron plasma experiments. However, under low plasma
density with this diagnostics we report on the large production of runaway electrons after RF heating pulse off. We
notice a gradually increasing of the radiometer signal at the frequencies that match the second and third harmonics
of electron cyclotron emission of the extraordinary mode. This effect could be explained with the existence of the
“runaway” electrons in U-3M discharge. A phenomenological description of this process is presented, where the
time evolution of the ECE radiation signal is compared to the electron density evolution.
PACS: 52.55.Hc, 52.70.Gw, 52.35.Hr, 52.25.Os, 42.60.Jf, 42.15.Eq.
INTRODUCTION
The problem of the suppression of the RE is of the great
importance for the present plasma fusion experiments.
Now days there are several condition for occurrence of RE
generation: (a) low-density regimes in which the normal
loop voltage became high enough to enable runaway
process; (b) sawtooth crashes, where magnetic
reconnection may accelerate runaways; (c) lower hybrid
and electron cyclotron current drive, in which large-
amplitude microwave radiation accelerates runaways and
(d) especially for tokamaks disruptions and rapid
shutdowns sometimes accelerate runaways, resulting in
damage of the vacuum chamber of the machine.
1. URAGAN-3M TORSATRON
1.1. EXPERIMENTAL CONDITIONS
Uragan-3M is small size torsatron with
, major radius average plasma radius
and toroidal magnetic field . The
whole magnetic system is enclosed into large five
meters diameter (volume of ) vacuum tank, so
that an open natural helical divertor is realized. The
multimode Alfvén RF resonance heating is used to
produce and sustain the hydrogen plasma. The field
pulse have the following parameters pulse raise time
pulse fall time , pulse width with at least
flat top pulse time of At the middle of flat top of
the magnetic pule the plasma ignites by RF range
( Mz) antennas and sustained for 50…70 ms.
Recently it was shown [1] that RE which are primary
originated from magnetic field pulse rise could be
successfully suppressed by the applying a constant
negative voltage difference (from -50 to -100 V) relative
to the torsatron case to one of the RF heating antenna.
Those experiments show that for the case of the low
pressure of the hydrogen plasma
signals from ECE, X-ray and Rogowski coils disappear
which could be as an evidence of suppressing of the RE
multiplication.
Fig. 1. Radial distribution of the first three harmonics of
the electron cyclotron frequencies for the central
magnetic field 0.72 T, operational frequencies for the
second and third harmonics depicted as filled circles
(upper); and Poincaré plot of the corresponding
poloidal cross-section U-3M magnetic fluxes (lower)
1.2. ECE RADIOMETRY SYSTEM
Electron cyclotron emission diagnostics is a standard
tool that routinely used for electron temperature profile
measurement of high temperature plasmas at U-3M. The
diagnostic utilize a conventional single antenna super-
heterodyne radiometers [2, 3] one of which is operated
at the single tunable frequency of the second harmonic
for the X-mode in the upper part of the -band
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2015. №1(95) 287
(32…39 GHz) other one is the multichannel V-band
(57,60.6,64.2,67.8,71.4,75 GHz) radiometer operated at
the third harmonic of the X-mode (Fig. 1). The
frequency range was chosen according to the value of
the toroidal magnetic field of 0.68…0.72 T. For the
operational parameters of the standard U-3M plasmas
( , ) the
detected ECE signals, which are corresponding, to a
radiation temperature is given by equation:
, (1)
where is averaged optical depth through the
microwave beam path and is the inner wall (inner
surface of the helical coils) reflectivity coefficient. A
subsequent numerical calculation of the real electron
temperature of underdense plasmas (with low optical
depth ) including the effects of emission and
reabsorption of microwave radiation has been
conducted.
Fig. 2. Temporal evolution of the line electron density
(upper) for the frame RF, central magnetic field
B(0)=0.72 T, input RF power 130 kW (RF oscillator
voltage U(RF)=9 kV), initial hydrogen pressure
; evolution for the radiation
intensity of the second harmonic X-mode ECE (lower)
1.3. RUNAWAY ELECTRON GENERATION
Plasma electrons into strong toroidal electric field
can be accelerated to form a runaway component if the
slowing down process due to interaction with ions is not
effective during the acceleration period. For Maxwellian
electrons of temperature and density toroidal
electric field is given by
̇ , (2)
where is loop voltage, is plasma current induced by
electric field, is plasma inductance. For „primary‟
runaway electron generation this electric field must be
higher than Dreicer field [4]. For hydrogen
plasma where Dreicer field is given by:
, (3)
where is a Coulomb logarithm, thus, for
Uragan-3M plasma ( , )
the Dreicer field is .
1.4. ECE RADIATION AFTER RF OFF
Temporal evolution of line electron density
measured by 140 GHz microwave single chord
interferometer and intensity radiation of ECE second
harmonic X-mode (Fig. 2) are shown for the two
discharges with small difference in density evolution.
RF heating pulse with input RF power of 130 kW (RF
oscillator voltage of 9kV) was applied from 20 to 70 ms
for both cases, the hydrogen pressure was
and the central magnetic field was
=0.72 T. For „red‟ discharge average density do not
drop to the level of . There is no
ECE intensity signal after RF was off. However, when
during RF pulse average density crosses „threshold‟
critical level of
„ECE afterglow‟
is clearly visible. In fact, the critical electron density
at which generation of runaway electrons occurs
could be deducted from Dreicer field expression. Those
values could be order smaller, because there is no
information on the plasma density profile. From divertor
density measurements via several sets of Langmuir
probes we can estimate the edge (inside LCFS) density
as
. This implies that at the
plasma edge the Dreicer field could be two or three
times lower
. It was shown before in
[5] that for close U-3M plasma parameters electrical
field attain value of measured at the
moment current decay just after RF field was switched
off.
Fig. 3. Temporal evolution of the line electron density
(upper) for the frame RF, central magnetic field
B(0)=0.72 T, input RF power 130 kW(RF oscillator
voltage U(RF)=9 kV), initial hydrogen pressure
; evolution for the radiation
intensity of the 37 GHz second (blue) and 60GHz third
harmonics (red) X-mode ECE (lower)
The ECE „afterglow‟ spectrum is wide because all
radiometer channels (second and third harmonics) from
32 to 75 GHz shows substantial intensity signal after RF
power off (Fig. 3). Here we present only the
phenomenological description of some RE
ECE2X
ECE3X×15
288 ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2015. №1(95)
dependencies. As was mentioned above we observed
that for the density below some „threshold‟ or critical
density
there is an appearance of
ECE radiation that could be attributed to the presence of
RE.
Fig. 4. Dependence of second and third harmonics
ECE „afterglow‟ radiation drop time on
parameter
It was found that after some time the „afterglow‟
ECE signals intensity during abruptly
drops. To describe the dependence on threshold average
density we use some parameter, which is a product of
line density below
and the time
from crossing this critical value
to the time
when RF heating pulse off. This parameter could be
given by the following expression:
∫ ̅̅ ̅
. (4)
Obtained results for wide (32…75 GHz) ECE
spectrum are presented in the Fig. 4. For the almost
identical plasma discharge parameters which is shown
in the Fig. 3 integration time
was close
to 20…25 ms. There is no substantial difference
between second and third ECE harmonics data.
Fig. 5. Dependence of
parameter and ECE
„afterglow‟ radiation drop time on the RF heating pulse
length
Spreading of ECE „afterglow‟ end time could be
attributed to the deviation of the density profile (edge
density, peaking factor) which are not clearly
distinguishable in line density variations measured by
single channel interferometer.
For several consecutive plasma discharges, there was
gradually increasing of the RF heating pulse length.
This leads to simultaneous increase of the parameter
and to the reduction of instantaneous average density.
The corresponding dependence is shown in the Fig. 5.
As expected, both data presented clear quasi-linear
trend.
Fig. 6. Dependence of third harmonics ECE „afterglow‟
radiation drop time on
parameter for different
initial pressure
Final set of experiments conducted for two different
„start-up‟ pressures in the vacuum chamber volume
and
. Variation of the initial gas pressure
in the U-3M vacuum chamber directly affects the
value of the average density. From other hand it govern
the level of the drag force , which balances
the electric acceleration of electrons. We can state that
ECE „afterglow‟ radiation drop time have scattered
dependence on
parameter for above mentioned
initial plasma pressure. However, those experimental
results (Fig. 6) fill the general rule: lower pressure cause
vanishing of „short-range‟ collisions drag force balance
term and leads to higher level of EC emission radiation
after RF heating pulse off.
CONCLUSIONS
Fusion research requires understanding of runaway
electrons phenomenon in toroidal devices. It is well
documented both theoretically and experimentally fact
that RE are likely to appear in either a low density, high
temperature plasma under rather moderate electric field
or during very rapid and drastic changes in the plasma
current. The former may be case in the edge region of a
plasma to be driven by externally applied power, while
the latter will usually be associated with the current
disruption phenomena.
During recent experiments at U-3M torsatron it was
found an „afterglow‟ radiation measured via microwave
electron cyclotron emission diagnostic appears just after
heating RF pulse off. It was established that EC
emission with wide spectrum (32…75 GHz) of both
second and third harmonics of the X-mode appears
when average plasma density crosses the threshold
value equal to
during RF heating
phase. At the moment only phenomenological
explanations on the experimental data are presented. To
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2015. №1(95) 289
minimize scattering of the experimental data it is also
possible that the signal received by the radiometer,
which is characterized runaway electrons. Thus, it is
necessary to interpret the not by the cut-off time, but by
the same integral characteristic as the
parameter.
Finally, it must be emphasized that during future
experiments a more systematic survey of RE
phenomena, which are related to the enhancement of the
operation condition, is quite necessary. Additional data
that are describes torsatron operation such as hydrogen
pressure, loop voltage, magnetic field components and
their fluctuations have to be included in next RE
experiments.
REFERENCES
1. V.E. Moiseenko et al. The effect of an electrostatic
field on runaway electrons in the Uragan-3M stellarator.
// Technical Physics Letters. 2014, v. 40, № 8, p. 669-
672.
2. R.O. Pavlichenko et al. Peculiarities of the
radiometric measurements on Uragan-3M torsatron for
RF heated plasma // Problems of Atomic Science and
Technology. Series “Plasma Physics” (17). 2011, № 1,
p. 191-193.
3. V.S. Voitsenya et al. Progress in stellarator research
in Kharkov IPP // Physica Scripta. 2014, v. T161,
p. 014009.
4. H. Dreicer. Electron and ion runaways in fully
ionized gases. I // Phys. Rev. 1959, v. 115, № 2, p. 238.
5. V.K. Pashnev, E.D. Sorokovoy. Appearance of
neoclassical effects in plasma behavior in torsatron
URAGAN-3M // Problems of Atomic Science and
Technology. Series “Plasma Physics” (14). 2008, № 6,
p. 31-33.
Article received 12.12.2014
ПОВЕДЕНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ СВЕРХТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОНОВ НА ТОРСАТРОНЕ УРАГАН-3М
ПОСЛЕ ВЫКЛЮЧЕНИЯ НАГРЕВА ПО ДАННЫМ ЭЛЕКТРОННОГО ЦИКЛОТРОННОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ
Н.В. Заманов, Р.О. Павличенко, А.Е. Кулага, Л.И. Григорьева, В.В. Чечкин, А.Н. Шаповал, М.М. Махов,
Ю.К. Миронов, В.С. Романов, И.К. Тарасов, Д.А. Ситников, О.С. Павличенко
Микроволновая радиометрия является хорошо известной диагностикой для получения информации о
временной эволюции и виде радиального профиля температуры электронов во время плазменных
экспериментов на торсатроне У-3М. Тем не менее, в случае низкоплотной плазмы при помощи этой
диагностики наблюдается появление значительного числа «убегающих» электронов после отключения
импульса высокочастотного нагрева. Замечено постепенное увеличение сигнала радиометра на частотах,
которые соответствуют второй и третьей гармоникам электронной циклотронной эмиссии необыкновенной
волны. Этот эффект можно объяснить существованием «убегающих» электронов в разряде У-3М.
Представлено феноменологическое описание этого процесса, где временная эволюция сигнала излучения
ECE сравнивается с эволюцией плотности электронов.
ПОВЕДІНКА ВИПРОМІНЮВАННЯ НАДТЕПЛОВИХ ЭЛЕКТРОНІВ НА ТОРСАТРОНІ
УРАГАН-3М ПІСЛЯ ВИМКНЕННЯ НАГРІВУ ЗА ДАНИМИ ЕЛЕКТРОННОГО
ЦИКЛОТРОННОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ
М.В. Заманов, Р.О. Павліченко, А.Є. Кулага, Л.І. Григор'єва, В.В. Чечкін, А.М. Шаповал, М.М. Махов,
Ю.К. Міронов, В.С. Романов, І.К. Тарасов, Д.А. Сітников, О.С. Павліченко
Мікрохвильова радіометрія є добре відомою діагностикою, для отримання інформації про тимчасову
еволюцію та вигляд радіального профілю температури електронів під час плазмових експериментів на
торсатроні У-3М. Тим не менш, у випадку низькощільної плазми за допомогою цієї діагностики
спостерігається поява значного числа «тікаючих» електронів після відключення імпульсу високочастотного
нагріву. Помічено поступове збільшення сигналу радіометра на частотах, які відповідають другій і третій
гармонікам електронної циклотронної емісії незвичайної хвилі. Цей ефект можна пояснити існуванням
«тікаючих» електронів у розряді У-3М. Представлено феноменологічний опис цього процесу, де тимчасова
еволюція сигналу випромінювання ECE порівнюється з еволюцією щільності електронів.
|