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Plasma Containment and Stability in a Megajoule Theta-Pinch Experiment; Confinement et Stabilite du Plasma dans un Dispositif a Striction Azimutale de un Megajoule; Uderzhanie i ustojchivost' plazmy pri provedenii ehksperimenta s' megadzhoulevym teta-pinchem; Confinamiento y Estabilidad del Plasma en un Experimento de Estriccion Azimutal de 1 MJ

Conference:

Abstract

This paper describes the application of a fast megajoule capacitor bank to the study of plasma production and confinement in the theta-pinch configuration. Deuterium gas at a pressure in the range 10 to 50 mTorr is pre-ionized by a transient axial current and subsequently compressed by a sinusoidal magnetic field with a peak value of 76 kG and a half-period of 12 {mu}s. The single-turn coil used in the experiment is 200 cm long and 10 cm in diameter. Lateral drift of the plasma to the walls of the discharge tube has been avoided by reduction of the curvature of confining lines of magnetic force using a parallel strip transmission line between the coil and collector. The origin of a low-amplitude circular motion of the plasma about the central equilibrium axis, the so-called wobble phenomenon, is discussed. The general properties of the discharge have been analysed by comparing the measured values of electron temperature, plasma diamagnetism, radial density distribution and neutron yield with numerical predictions using the Hain-Roberts hydromagnetic code. The rate of axial plasma loss has been determined by means of a wide variety of techniques. These include optical interferometry to measure the total number of trapped particles, an  More>>
Authors:
Bodin, H. A.B.; Green, T. S.; Newton, A. A.; Niblett, G. B.F.; Reynolds, J. A. [1] 
  1. United Kingdom Atomic Energy Authority, Culham Laboratory, Abingdon, Berks. (United Kingdom)
Publication Date:
Apr 15, 1966
Product Type:
Conference
Report Number:
IAEA-CN-21/34
Resource Relation:
Conference: Conference on Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research, Culham (United Kingdom), 6-10 Sep 1965; Other Information: 26 refs., 23 figs.; Related Information: In: Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research Vol. I. Proceedings of a Symposium on Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research| 792 p.
Subject:
70 PLASMA PHYSICS AND FUSION TECHNOLOGY; COMPARATIVE EVALUATIONS; ELECTRON TEMPERATURE; ELECTRONS; ENERGY LOSSES; HOT PLASMA; MAGNETIC FIELDS; NEUTRONS; PIEZOELECTRICITY; PLASMA DENSITY; PLASMA DIAMAGNETISM; PLASMA PRODUCTION; THERMAL CONDUCTION; THETA PINCH
OSTI ID:
22117285
Research Organizations:
International Atomic Energy Agency, Vienna (Austria)
Country of Origin:
IAEA
Language:
English
Other Identifying Numbers:
Other: ISSN 0074-1884; TRN: XA13M2211073906
Submitting Site:
INIS
Size:
page(s) 193-221
Announcement Date:
Aug 01, 2013

Conference:

Citation Formats

Bodin, H. A.B., Green, T. S., Newton, A. A., Niblett, G. B.F., and Reynolds, J. A. Plasma Containment and Stability in a Megajoule Theta-Pinch Experiment; Confinement et Stabilite du Plasma dans un Dispositif a Striction Azimutale de un Megajoule; Uderzhanie i ustojchivost' plazmy pri provedenii ehksperimenta s' megadzhoulevym teta-pinchem; Confinamiento y Estabilidad del Plasma en un Experimento de Estriccion Azimutal de 1 MJ. IAEA: N. p., 1966. Web.
Bodin, H. A.B., Green, T. S., Newton, A. A., Niblett, G. B.F., & Reynolds, J. A. Plasma Containment and Stability in a Megajoule Theta-Pinch Experiment; Confinement et Stabilite du Plasma dans un Dispositif a Striction Azimutale de un Megajoule; Uderzhanie i ustojchivost' plazmy pri provedenii ehksperimenta s' megadzhoulevym teta-pinchem; Confinamiento y Estabilidad del Plasma en un Experimento de Estriccion Azimutal de 1 MJ. IAEA.
Bodin, H. A.B., Green, T. S., Newton, A. A., Niblett, G. B.F., and Reynolds, J. A. 1966. "Plasma Containment and Stability in a Megajoule Theta-Pinch Experiment; Confinement et Stabilite du Plasma dans un Dispositif a Striction Azimutale de un Megajoule; Uderzhanie i ustojchivost' plazmy pri provedenii ehksperimenta s' megadzhoulevym teta-pinchem; Confinamiento y Estabilidad del Plasma en un Experimento de Estriccion Azimutal de 1 MJ." IAEA.
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title = {Plasma Containment and Stability in a Megajoule Theta-Pinch Experiment; Confinement et Stabilite du Plasma dans un Dispositif a Striction Azimutale de un Megajoule; Uderzhanie i ustojchivost' plazmy pri provedenii ehksperimenta s' megadzhoulevym teta-pinchem; Confinamiento y Estabilidad del Plasma en un Experimento de Estriccion Azimutal de 1 MJ}
author = {Bodin, H. A.B., Green, T. S., Newton, A. A., Niblett, G. B.F., and Reynolds, J. A.}
abstractNote = {This paper describes the application of a fast megajoule capacitor bank to the study of plasma production and confinement in the theta-pinch configuration. Deuterium gas at a pressure in the range 10 to 50 mTorr is pre-ionized by a transient axial current and subsequently compressed by a sinusoidal magnetic field with a peak value of 76 kG and a half-period of 12 {mu}s. The single-turn coil used in the experiment is 200 cm long and 10 cm in diameter. Lateral drift of the plasma to the walls of the discharge tube has been avoided by reduction of the curvature of confining lines of magnetic force using a parallel strip transmission line between the coil and collector. The origin of a low-amplitude circular motion of the plasma about the central equilibrium axis, the so-called wobble phenomenon, is discussed. The general properties of the discharge have been analysed by comparing the measured values of electron temperature, plasma diamagnetism, radial density distribution and neutron yield with numerical predictions using the Hain-Roberts hydromagnetic code. The rate of axial plasma loss has been determined by means of a wide variety of techniques. These include optical interferometry to measure the total number of trapped particles, an analysis of continuum emission in the visible spectrum to give the line density as a function of axial position, and miniature piezo-electric pressure probes to estimate the size of the loss aperture. The results show that the plasma is subject to magnetic field diffusion in the early stages and to cooling of the electrons either by impurity radiation or by thermal conduction along the field lines. The consequent depression of the plasma {beta} to a value about 0.5 at peak field enlarges the magnetic apertures at the ends of the coil and thus leads to axial escape of plasma. .The main problems for the future are therefore the development of a pre-heat system to give a higher temperature plasma at a {beta} of near unity, and the reduction of the rate of electron energy loss. (author) [French] Des experiences sur la production de plasmas a haute temperature ont ete effectuees au moyen de la batterie de condensateurs rapides de un megajoule. Avec une bobine de 200 cm de longueur et 10 cm de diametre, la batterie produit un champ de 76 kG avec une demi-periode de 12 {mu}s. On utilise du deuterium gazeux a des pressions initiales de l'ordre de 10 a 50 mTorr, qui est prechauffe par un courant axial transitoire. Pour eviter la derive laterale du plasma vers les parois du tube a decharge en quartz, on reduit la courbure des lignes de force magnetique qui confinent le plasma au moyen d'une ligne de transmission a barres paralleles reliant la bobine au collecteur. Les auteurs etudient l'origined'un mouvement circulaire de faible amplitude du plasma autour de l'axe d'equilibre central, phenomene dit de ' vobulation'. Ils analysent les caracteristiques generales de la decharge en comparant les valeurs mesurees de la temperature des electrons, du diamagnetisme du plasma, de la distribution radiale de la densite et du rendement en neutrons aux valeurs que l'on peut obtenir par des calculs hydromagnetiques numeriques effectues a l'aide du programme de Hain-Roberts. Des techniques tres diverses'sont actuellement appliquees pour mesure le taux des pertes de plasma dans la direction axiale en presence de champs magnetiques paralleles pieges et inverses pieges. Ce sont notamment l'interferometrie optique qui permet de determiner le nombre total des particules piegees, une analyse de l'emission dans le domaine continu du spectre visible, qui fournit la densite des raies en fonction de la position axiale et l'utilisation de sondes a pression piezo-electriques de dimensions reduites, permettant de mesurer les dimensions de l'ouverture des pertes. Les resultats obtenus sont compares a une forme modifiee du programme hydromagnetique destine a l'etude des proprietes du plasma dans la direction axiale. Les resultats montrent que le plasma peut subir une diffusion du champ magnetique au stade initial et un refroidissement des electrons, soit par rayonnement du aux impuretes, soit par conduction thermique le long des lignes de champ. La diminution resultante de la valeur {beta} du plasma jusqu'.a. environ 0,5 pour la valeur maximale du champ agrandit les ouvertures magnetiques aux extremites de la bobine et par consequent provoque une fuite du plasma le long de l'axe. Les principaux problemes a resoudre sont donc: 1. la mise au point d'une methode de prechauffage capable de donner un plasma plus chaud pour une valeur de {beta} voisine de l'unite; 2. la diminution de la vitesse de perte d'energie des electrons. (author) [Spanish] La memoria describe la aplicacion de una bateria de condensadores rapidos, de 1 MJ, para estudiar la produccion y el confinamiento de plasma en la configuracion de estriccion azimutal. Mediante una corriente axial transitoria, se preioniza deuterio gaseoso a una presion comprendida entre 10 y 50 mTorr, que se comprime seguidamente por medio de un campo magnetico sinusoidal de 76 kG de intensidad maxima y semiperiodo de 12 {mu}s. En el experimento se utiliza una bobina de devanado sencillo, de 200 m de longitud y 10 cm de diametro. Se haevitado la deriva lateral del plasma hacia las paredes del tubo de descarga, reduciendo la curvatura de las lineas de fuerza magnetica de confinamiento por medio de una linea de transmision de bandas paralelas entre la bobina y el colector. Se examina el origen de un movimiento circular del plasma de pequena amplitud, alrededor del eje de equilibrio central. Se han analizado las propiedades generales de la descarga, comparando los valores medidos de la temperatura electronica, el diamagnetismo del plasma, la distribucion radial de la densidad y la produccion de neutrones, con calculos numericos basados en la clave hidromagnetica Hain-Roberts. La velocidad de perdida axial de plasma se ha determinado por una gran variedad de tecnicas: las principales son la interferometrta optica para evaluar el numero total de particulas capturadas, un analisis de la emision en la zona continua del espectro visible para obtener la densidad de lineas en funcion de la posicion axial, y el empleo de microsondas piezoelectricas de presion para medir el tamaflo de la abertura de perdidas. Los resultados muestran que el plasma sufre difusion del campo magnetico en las fases iniciales y enfriamiento de los electrones por irradiacion debida a impurezas o por conduccion termica a lo largo de las lineas de fuerza. Como consecuencia, el valor {beta} del plasma desciende a 0,5 aproximadamente, a la densidad magnetica maxima, con lo que se agrandan las aberturas magneticas de los extremos de la bobina, originando asi el escape axial del plasma. Los principales problemas aun pendientes de solucion se refieren al perfeccionamiento de un dispositivo de precalentamiento que permita obtener un plasma de temperatura mas elevada con un valor {beta} proximo a la unidad, y a la reduccion de la velocidad de perdida de energia delos electrones. (author) [Russian] Pri provedenii poslednih jeksperimentov po polucheniju vysokotemperaturnoj plazmy na tetatrone byla ispol'zovana bystraja megadzhoulevaja batareja kondensatorov. Odnozahodnaja katushka, dlinoj 200 sm i diametrom 10 sm, sozdaet pole intensivnost'ju 76 kg s poluperiodom 12 mksek. Dejterievyj gaz ispol'zuetsja pri nachal'nyh davlenijah v diapazone 10-50 militor. i predvaritel'no ioniziruetsja aksial'nym tokom. Posledujushhee smeshhenie plazmy k stenkam kvarcevoj razrjadnoj trubki ustranjaetsja v rezul'tate umen'shenija izgiba uderzhivajushhih magnitnyh silovyh linij s ispol'zovaniem linii parallel'nogo polosnogo propuskanija mezhdu katushkoj i kollektorom. Budet obsuzhden vopros o proishozhdenii krugovogo dvizhenija plazmy s maloj amplitudoj vokrug central'noj osi ravnovesija, tak nazyvaemogo javlenija ''kachanija''. Obshhie osobennosti razrjada analizirovalis' putem sravnenija izmerennyh znachenij temperatur' jelektronov, diamagnetizma plazmy, radial'nogo raspredelenija plotnosti i vyhoda nejtronov so znachenijami, predskazannymi chislennymi gidromagnitnymi raschetami s ispol'zovaniem koda Gajna-Robertsa. V nastojashhee vremja s pomoshh'ju samyh raznoobraznyh metodov provoditsja izmerenie skorosti aksial'noj poteri plazmy v prisutstvii zahvachennyh parallel'nogo i obratnogo magnitnyh polej. Jeti metody vkljuchajut metody opticheskoj interferometrii dlja opredelenija obshhego chisla zahvachennyh chastic, analiz sploshnogo ispuskanija v vidimom spektre s cel'ju opredelenija plotnosti linij kak funkcii polozhenija v otnoshenii osi i ispol'zovanie miniatjurnyh p'ezojelektricheskih zondov dlja izmerenija razmera apertury pri poterjah. Rezul'taty pokazyvajut, chto plazma podverzhena diffuzii magnitnogo polja na rannih stadijah i ohlazhdeniju jelektronov libo radiaciej primesej, libo teplovoj provodimost'ju vdol' linij polja. Posledujushhee umen'shenie velichiny {beta} plazmy do znachenija okolo 0,5 pri pikovom pole uvelichivaet magnitnye apertury na koncah katushki i takim obrazom vedet k osevym poterjam plazmy. Sledovatel'no, glavnymi problemami na budushhee ostajutsja razrabotka sistemy predvaritel'nogo nagreva dlja pridanija plazme bolee vysokoj temperatury pri {beta} okolo edinicy i umen'shenie skorosti poteri jenergii jelektronov. (author)}
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