Метод измерения электронной температуры плазмы в установке ГОЛ-NB

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Предложен новый метод измерения электронной температуры плазмы на установке GOL-NB. Метод основан на измерении соотношения интенсивностей спектральных линий, испускаемых быстрыми атомами, инжектируемыми в плазму. Пучки быстрых атомов водорода, используемые для нагрева плазмы на установке ГОЛ-NB, содержат, наряду с атомами с полной энергией, также атомы с дробными энергиями (E/2, E/3, E/18), возникающие при диссоциации молекулярных ионов H2+, H3+, H2O+. Спектральные линии этих энергетических компонент пучка (в частности, линия Hα водорода) могут быть разрешены из-за доплеровского сдвига, вызванного различиями в скоростях атомов. Для атомов с низкой энергией возбуждение, приводящее к излучению фотона, происходит только из-за столкновений с тепловыми электронами, а для атомов с высокой энергией значительный вклад дают процессы столкновения с ионами плазмы. В связи с этим, отношение интенсивностей линий разных компонент пучка зависит от электронной температуры плазмы и может быть использовано для ее измерения. При энергии пучка 24 кэВ предложенный метод может быть использован для измерения электронной температуры в диапазоне до 40 эВ, что представляет интерес для текущих экспериментов на установке GOL-NB. При этом для измерения температуры в области выше 20 эВ необходимо измерять соотношение интенсивностей спектральных линий с процентной точностью, и с такой же точностью измерять величину ослабления нейтрального пучка, проходящего через плазму. Предложенный метод может быть использован на других термоядерных установках, использующих инжекцию быстрых атомов водорода, для измерения температуры периферийной плазмы.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. В. Полосаткин

Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН; Новосибирский государственный технический университет; Новосибирский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: s.v.polosatkin@inp.nsk.su
Россия, Новосибирск; Новосибирск; Новосибирск

Г. С. Павлова

Частное учреждение «ИТЭР-Центр»

Email: G.Pavlova@iterrf.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Postupaev V.V., Batkin V.I., Burdakov A.V., Burmasov V.S., Ivanov I.A., Kuklin K.N., Lykova Yu.A., Melnikov N.A., Mekler K.I., Nikishin A.V. // Nuclear Fusion. 2022. V. 62. P. 086003. doi: 10.1088/1741-4326/ac69fa.
  2. Batkin V.I., Bambutsa E.E., Burdakov A.V., Burmasov V.S., Gafarov M.R., Voskoboinikov R.V. // AIP Confer. Proceed. 2016. V. 1771. P. 030010. doi: 10.1063/1.4964166.
  3. Поступаев В.В., Юров Д.В. // Физика плазмы. 2016. Т. 42. С. 966. doi: 10.7868/S036729211611007X.
  4. Sidorov E.N., Batkin V.I., Burdakov A.V., Ivanov I.A., Kuklin K.N., Mekler K.I., Nikishin A.V., Postupaev V.V., Rovenskikh A.F. // J. Instrumentation. 2021. V. 16. P. T11006. doi: 10.1088/1748-0221/16/11/T11006.
  5. Uhlemann R., Hemsworth R.S., Wang G., Euringer H. // Rev. Sci. Instrum. 1993. V. 64. P. 974. doi: 10.1063/1.1144100.
  6. Ivanov A.A., Deichuli P.P., Kreter A., Maximov V.V., Schweer B., Shikhovtsev I.V., Stupishin N.V., Usoltsev D.V., Podminogin A.A., Uhlemann R. // Rev. Sci. Instrum. 2004. V. 75. P. 1822. doi: 10.1063/1.1699508.
  7. Geiger B., Stagner L., Heidbrink W.W., Dux R., Fischer R., Fujiwara Y., Garcia A.V., Jacobsen A.S., Vuuren A.J., Karpushov A.N., Liu D., Schneider P.A., Sfiligoi I., Poloskei P.Zs., Weiland M. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2020. V. 62. P. 105008. doi: 10.1088/1361-6587/aba8d7.
  8. Polosatkin S. // J. Instrumentation. 2013. V. 8. P. 05007. doi: 10.1088/1748-0221/8/05/P05007.
  9. Polosatkin S.V., Ivanov A.A., Listopad A.A., Shikhovtsev I.V. // Rev. Sci. Instrum. 2014. V. 85. P. 02A707. doi: 10.1063/1.4826339.
  10. Barnett C. Atomic Data for Fusion. Vol. 1: Collisions of H, H2, He, and Li atoms and ions with atoms and molecules. ORNL-6086/VI Report. 1990.
  11. Beklemishev A.D., Bagryansky P.A., Chaschin M.S.,Soldatkina E.I. // Fusion Sci. Technology. 2010. V. 57. P. 351. doi: 10.13182/FST10-A9497.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис.1. Установка ГОЛ-NB:1 – центральная секция, 2 – соленоиды сильного поля, 3 – инжекторы быстрых атомов водорода, 4 – плазменная пушка, 5 – точка измерения спектра излучения пучка быстрых атомов. Внизу – распределение магнитного поля вдоль оси установки. Показаны конфигурации с однородным и гофрированным полем.

Скачать (423KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Расположение диагностики на установке ГОЛ-NB:1 – нейтральный пучок, 2 – плазма, 3 – линия наблюдения излучения быстрых атомов, 4 – профилометр пучка, 5 – вторично-эмиссионный датчик.

Скачать (23KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Эмиссионная способность на линии Hα для быстрых атомов в плазме с концентрацией 1012 см-3 (а), 1013 см–3 (б) и 1014 см–3 (в):1 – энергия атомов 24 кэВ, 2 – энергия атомов 12 кэВ, 3 – энергия атомов 8 кэВ, 4 – энергия атомов 1.33 кэВ.

Скачать (235KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Отношение нормированных интенсивностей доплеровски-смещенных линий Hα при плотности плазмы 1013 см–3 (а); относительная погрешность измерения интенсивностей линий для определения электронной температуры с точностью 10% при плотности плазмы 1013 см–3 (б); абсолютная погрешность значения плотности плазмы для определения электронной температуры с точностью 10% при плотности плазмы 1013 см–3 (в):1 – отношенние интенсивностей линий атомов с энергиями 12 и 24 кэВ, 2 – отношенние интенсивностей линий атомов с энергиями 8 и 24 кэВ, 3 – отношенние интенсивностей линий атомов с энергиями 1.33 и 24 кэВ.

Скачать (250KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Требуемые погрешности параметров эксперимента, необходимые для измерения электронной температуры на установке ГОЛ-NB с точностью 10% (параметры эксперимента приведены в тексте); относительная ошибка измерения нормированных интенсивностей спектральных линий (а), относительная ошибка коэффициента ослабления пучка быстрых атомов в плазме (б), относительная ошибка измерения радиуса плазмы (в), относительная ошибка измерения радиуса пучка быстрых атомов (г). Обозначения линий совпадают с обозначениями на рис. 3.

Скачать (274KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024