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Stable and Unstable Behaviour of Preheated Plasma in Linear and Cusped Theta Pinches; Comportement de Plasmas Prechauffes Stables et Instables Soumis a des Strictions Azimutales Lineaires et Cuspidees; Ustojchivoe i neustojchivoe povedenie predvaritel'no nagretoj plazmy v teta-pinch razryadakh s linejnoj i antiprobkovoj geometriej; Comportamiento de Plasmas Precalentados, Estables e Inestables, Sometidos a Constricciones Azimutales de Geometria Lineal y Cuspidal

Abstract

Experiments on the behaviour of the magnetic compression of preheated hydrogen plasmas in theta pinches of linear and spindle-cusped geometries have been made with the following devices: 1) 5kJ linear theta pinch, coil diameter 4.5 cm, length 15 cm, B{sub max} = 50 kGT{sub Vulgar-Fraction-One-Half} = 1.5 {mu}sec; 2) 600-kJ linear theta pinch, coil diameter 10.5 cm, length 128 cm, B{sub max} = 100 kG, T{sub Vulgar-Fraction-One-Half} = 17 {mu}sec; 3) 10-kJ spindle' cusped theta with B{sub max} = 45 kG at point and line cusps, radius 5.2 cm, length 8.5 cm. They all have provisions for preionization by. a capacitively-coupled low-power RF transmitter, magnetic bias field of variable strength and polarity, preheating by pulsed oscillating electrodeless ring discharge, and compression of the plasma by a fast capacitor bank. Observations have been made by using smear and framing camera photography, optical interferometry with Mach-Zehnder and differential interferometers, spectroscopy in the visible and the soft X-ray regions, and magnetic probes. These methods give information on plasma structure, on density profiles, on the distribution of electron and ion-Doppler temperatures and their development in time. Both stable and unstable plasmas were observed in linear devices. By variation of pressure, bias field, preionization, preheating,  More>>
Authors:
Belitz, R. J.; Bogen, P.; Dippel, K. H.; Jordan, H. L.; Kugler, E.; Miyahara, A.; Noll, P.; Schlueter, J.; Witulski, H. [1] 
  1. Association EURATOM-Kernforschungsanlage, Juelich (Germany)
Publication Date:
Apr 15, 1966
Product Type:
Conference
Report Number:
IAEA-CN-21/231
Resource Relation:
Conference: Conference on Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research, Culham (United Kingdom), 6-10 Sep 1965; Other Information: 7 refs., 1 tab., 10 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; CUSPED GEOMETRIES; DOPPLER EFFECT; ELECTRON TEMPERATURE; ELECTRONS; END EFFECTS; HEAT TREATMENTS; HYDROGEN; MAGNETIC COMPRESSION; MAGNETIC FIELDS; MAGNETIC PROBES; PLASMA; PLASMA DENSITY; PLASMA INSTABILITY; SOFT X RADIATION; THETA PINCH
OSTI ID:
22117291
Research Organizations:
International Atomic Energy Agency, Vienna (Austria)
Country of Origin:
IAEA
Language:
English
Other Identifying Numbers:
Other: ISSN 0074-1884; TRN: XA13M2217073912
Submitting Site:
INIS
Size:
page(s) 287-300
Announcement Date:
Aug 01, 2013

Citation Formats

Belitz, R. J., Bogen, P., Dippel, K. H., Jordan, H. L., Kugler, E., Miyahara, A., Noll, P., Schlueter, J., and Witulski, H. Stable and Unstable Behaviour of Preheated Plasma in Linear and Cusped Theta Pinches; Comportement de Plasmas Prechauffes Stables et Instables Soumis a des Strictions Azimutales Lineaires et Cuspidees; Ustojchivoe i neustojchivoe povedenie predvaritel'no nagretoj plazmy v teta-pinch razryadakh s linejnoj i antiprobkovoj geometriej; Comportamiento de Plasmas Precalentados, Estables e Inestables, Sometidos a Constricciones Azimutales de Geometria Lineal y Cuspidal. IAEA: N. p., 1966. Web.
Belitz, R. J., Bogen, P., Dippel, K. H., Jordan, H. L., Kugler, E., Miyahara, A., Noll, P., Schlueter, J., & Witulski, H. Stable and Unstable Behaviour of Preheated Plasma in Linear and Cusped Theta Pinches; Comportement de Plasmas Prechauffes Stables et Instables Soumis a des Strictions Azimutales Lineaires et Cuspidees; Ustojchivoe i neustojchivoe povedenie predvaritel'no nagretoj plazmy v teta-pinch razryadakh s linejnoj i antiprobkovoj geometriej; Comportamiento de Plasmas Precalentados, Estables e Inestables, Sometidos a Constricciones Azimutales de Geometria Lineal y Cuspidal. IAEA.
Belitz, R. J., Bogen, P., Dippel, K. H., Jordan, H. L., Kugler, E., Miyahara, A., Noll, P., Schlueter, J., and Witulski, H. 1966. "Stable and Unstable Behaviour of Preheated Plasma in Linear and Cusped Theta Pinches; Comportement de Plasmas Prechauffes Stables et Instables Soumis a des Strictions Azimutales Lineaires et Cuspidees; Ustojchivoe i neustojchivoe povedenie predvaritel'no nagretoj plazmy v teta-pinch razryadakh s linejnoj i antiprobkovoj geometriej; Comportamiento de Plasmas Precalentados, Estables e Inestables, Sometidos a Constricciones Azimutales de Geometria Lineal y Cuspidal." IAEA.
@misc{etde_22117291,
title = {Stable and Unstable Behaviour of Preheated Plasma in Linear and Cusped Theta Pinches; Comportement de Plasmas Prechauffes Stables et Instables Soumis a des Strictions Azimutales Lineaires et Cuspidees; Ustojchivoe i neustojchivoe povedenie predvaritel'no nagretoj plazmy v teta-pinch razryadakh s linejnoj i antiprobkovoj geometriej; Comportamiento de Plasmas Precalentados, Estables e Inestables, Sometidos a Constricciones Azimutales de Geometria Lineal y Cuspidal}
author = {Belitz, R. J., Bogen, P., Dippel, K. H., Jordan, H. L., Kugler, E., Miyahara, A., Noll, P., Schlueter, J., and Witulski, H.}
abstractNote = {Experiments on the behaviour of the magnetic compression of preheated hydrogen plasmas in theta pinches of linear and spindle-cusped geometries have been made with the following devices: 1) 5kJ linear theta pinch, coil diameter 4.5 cm, length 15 cm, B{sub max} = 50 kGT{sub Vulgar-Fraction-One-Half} = 1.5 {mu}sec; 2) 600-kJ linear theta pinch, coil diameter 10.5 cm, length 128 cm, B{sub max} = 100 kG, T{sub Vulgar-Fraction-One-Half} = 17 {mu}sec; 3) 10-kJ spindle' cusped theta with B{sub max} = 45 kG at point and line cusps, radius 5.2 cm, length 8.5 cm. They all have provisions for preionization by. a capacitively-coupled low-power RF transmitter, magnetic bias field of variable strength and polarity, preheating by pulsed oscillating electrodeless ring discharge, and compression of the plasma by a fast capacitor bank. Observations have been made by using smear and framing camera photography, optical interferometry with Mach-Zehnder and differential interferometers, spectroscopy in the visible and the soft X-ray regions, and magnetic probes. These methods give information on plasma structure, on density profiles, on the distribution of electron and ion-Doppler temperatures and their development in time. Both stable and unstable plasmas were observed in linear devices. By variation of pressure, bias field, preionization, preheating, and impurity concentration, and by disturbing the symmetry of the discharge tube, information on stable and unstable parameter regions could be obtained. Deviations from the symmetry of 1 the plasma column can occur because of: (1) drifts connected with spatial inhomogeneities of the confining magnetic field; (2) axial motions and contractions in plasmas with trapped antiparallel fields, and rarefaction waves due to end losses; (3) rotations, and deformation oscillations of the cross-section of the plasma; and (4) star-shaped instabilities and eruptions. While drifts and axial motions are directly connected with magnetic field configurations and relatively insensitive to other parameters, cross-sectional distortions and eruptions depend critically on the initial conditions of the plasma, for example preionization, preheating, inhomogeneities of the conductivity, rate of compression, and very sensitively on small changes in impurity concentration. Under apparently stable conditions reasonably good agreement could be obtained between the maximum values of Doppler temperature for ions, electron temperature and mean temperature taken from pressure balance in high-{beta} plasmas obtained by the 5 kj linear theta pinch. First results obtained in the spindle cusp experiment indicate a stable behaviour of the plasma up to initial gas pressures of 0.5 Torr H{sub 2}2. (author) [French] Le comportement de plasmas d'hydrogene prechauffes soumis a une compression magnetique dans des strictions azimutales de geometrie lineaire et cuspidee a ete etudie dans les cas suivants: 1. Striction azimutale lineaire de 5 kj, bobine 4,5 cm de diametre, longueur 15 cm, B{sub max} = 50 kGT{sub Vulgar-Fraction-One-Half} = 1.5 {mu}sec; 2. Striction azimutale lineaire de 600 kj, bobine 10,5 cm dediametre, longueur 128 cm, B{sub max} = 100 kG, T{sub Vulgar-Fraction-One-Half} = 17 {mu}sec 3. Striction azimutale cuspidee de 10 kj, B{sub max} = 45 kG aux rebroussements, ponctuels et lineaires, rayon 5,2 cm, longueur 8,5 cm. Tous les dispositifs assurent la preionisation par un transmetteur haute frequence de faible puissance a couplage capacitif; un champ magnetique de polarisation de grandeur et de polarite variables; le prechauffage par decharge troidale oscillante et puisee sans electrode; la compression du plasma par une batterie de condensateurs rapides. Des observations ont ete effectuees par diverses methodes: cameras a miroir tournant et a cadrage, interferometrie optique a l'aide d'interferometres Mach-Zehnder et d'interferometres differentiels, spectroscopic dans le domaine visible et dans le domaine des rayons X mous et sondes magnetiques. Ces methodes donnent des indications sur la structure du plasma, les profils de densite, les temperatures des electrons et des ions donnees par l'effet Doppler ainsi que leur evolution dans le temps. Des plasmas stables et des plasmas instables ont ete observes dans des dispositifs lineaires. En faisant varier la pression, le champ de polarisation, la preionisation, le preechauffage et la concentration des impuretes et en modifiant la symetrie du tube a decharge, il a ete possible d'obtenir des renseignements sur les regions a parametres stables et instables. Des ecarts par rapport a l'axe de symetrie de la colonne de plasma peuvent avoir les causes suivantes: 1. mouvements de derive lies a des inhomogeneites spatiales du champ magnetique de confinement; 2. mouvements et contractions axiales dans des plasmas a champs antiparallcles. pieges, et ondes de rarefaction dues a des pertes terminales; 3. rotations, et oscillations de deformation de la section transversale du plasma; 4. eruptions et instabilites en etoile. Les derives et mouvements axiaux sont directement en rapport avec les configurations des champs magnetiques et relativement independants des autres parametres, mais les deformations et eruptions dans la section transversale du plasma dependent de maniere critique de l'etat initial du plasma, c'est-a-dire de conditions telles que preionisation, prechauffage, inhomogeneites de la conductivity, taux de compression, ettressensiblementdefaiblesmodificationsdela concentration en impuretes. Dans des conditions apparemment stables, on a pu obtenir en mesurant l'effet Doppier'une assez bonne concordance des valeurs maximales de la temperature des ions avec la temperature des electrons et la temperature moyenne, cette derniere etant donnee par l'equilibre des pressions regnant dans des plasmas a {beta} eleve produits par le dispositif a striction azimutale lineaire de 5 kj. D'apres les premiers resultats de l'experience sur la striction cuspidee, il semble que le plasma ait un comportement stable jusqu'a des pressions initiales de gaz de 0,5 mTorr. (author) [Spanish] Los autores investigaron el efecto de la compresion magnetica sobre plasmas de hidrogeno precalentados en constricciones azimutales de geometrfa lineal y cuspidal. Los experimentos se efectuaron en las siguientes condiciones: 1. Constriccion azimutal linear de 5 kj, bobina de diametro 4,5 cm, longitud 15 cm, B{sub max} = 50 kGT{sub Vulgar-Fraction-One-Half} = 1.5 {mu}sec; 2. Constriccion azimutal lineal de 600 kj, bobina de diametro 10,5 cm, longitud 128 cm, B{sub max} = 100 kG, T{sub Vulgar-Fraction-One-Half} = 17 {mu}sec; 3. Constriccion azimutal en forma de cuspide, 10 kj con B{sub max} = 45 kG en cuspides puntiformcs y lineales, radio 5,2 cm, longitud 8,5 cm. Todos los dispositivos aseguran: la preionizacion mediante un transmisor de radiofrecuencia de baja potencia, acoplado capacitivamente; un campo magnetico de polarizacion, de intensidad y polaridad variables; el precalentamiento mediante una descarga toroidal oscilante y pulsada, obtenida sin electrodos; la compresion del plasma con ayuda de una bateria de condensadores rapidos. Los autores realizaron observaciones aplicando diversos metodos: fotografia con aparatos de espejo giratorio y de encuadre, interferometria Optica con interferometros Mach-Zehnder y diferencial, espectroscopia en las zonas visible y de rayos X blandos, y empleo de sondas magneticas. Estos metodos suministran informacion sobre la estructura del plasma, sobre los perfiles de densidad, sobre la distribucion de temperaturas de los electrones y iones dadas por efecto Doppler, y sobre su evolucion en el tiempo. Los autores observaron plasmas estables e inestables en los dispositivos lineales. Modificando la presion, el campo de polarizacion, la preionizacion, el precalentamiento y la concentracion de impurezas, y alterando lasimetriadeltubodedescarga, pudieron obtener informacion sobre las zonas de parametros estables e inestables. Las asimetrias de la columna de plasma pueden aparecer debido a: 1) movimientos de deriva vinculados a heterogeneidades espaciales del campo magnetido de confinamiento; 2) movimientos y contracciones axiales de los plasmas con campos antiparalelos atrapados, y ondas de rarefaccion debidas a perdidas terminales; 3) rotaciones y oscilaciones de deformacion de la seccion transversal del plasma; 4) inestabilidades y erupciones en forma de estrella. Mientras las derivas y los movimientos axiales guardan una relacion estrecha con las configuraciones de los campos magneticos y son relativamente independientes de los otros parametros, las deformaciones y las erupciones de la seccion transversal dependen en grado critico del estado inicial del plasma, es decir, de condiciones tales como la preionizacion, precalentamiento, heterogeneidades de la conductividad, velocidad de compresion y, en medida muy sensible, los pequenos cambios en la concentracion de impurezas. En condiciones aparentemente estables, los autores obtuvieron por mediacion del efecto Doppler una concordancia razonable de los valores maximos de la temperatura de los iones con la temperatura de los electrones y la temperatura media, calculada esta ultima a partir del equilibrio de presiones que reina en plasmas de {beta} elevado, obtenido en el dispositivo de constriccion azimutal lineal de 5 kj. De acuerdo con los primeros resultados obtenidos del experimento relativo a la constriccion cuspidal, el comportamiento del plasma es al parecer estable hasta presiones iniciales de gas de 0,5 Torr. (author) [Russian] Jeksperimenty po issledovaniju magnitnogo szhatija predvaritel'no nagretoj vodorodnoj plazmy v teta-pinch razrjade pri linejnoj i antiprobkovoj prostranstvennoj geometrii provodilis' na sledujushhih ustanovkah: 1. Linejnyj teta-pinch razrjad pri 5 kdzh. katushka 4,5 sm f, dlina 15 sm, B{sub max} = 50 kGT{sub Vulgar-Fraction-One-Half} = 1.5 {mu}sec. 2. Linejnyj teta-pinch razrjad pri 600 kdzh., katushka 10,5 sm f, dlina 128 sm, B{sub max} = 100 kG, T{sub Vulgar-Fraction-One-Half} = 17 {mu}sec. 3. Teta-pinch razrjad v prostranstvennoj antiprobkovoj geometrii pri 10 kdzh s B{sub max} =45 kgs na osi vershinah i v oblasti shheli, radius 5,2 sm, dlina 8,5 sm. Na vseh ustanovkah prisposobleny: predvaritel'naja ionizacija s pomoshh'ju vysokochastotnogo generatora maloj moshhnosti s emkostnoj svjaz'ju, magnitnoe pole smeshhenija s peremennoj naprjazhennost'ju i poljarnost'ju, predvaritel'nyj nagrev s pomoshh'ju impul'snogo.kolebatel'nogo bezjelektrodnogo kol'cevogo razrjada, szhatie plazmy s pomoshh'ju bystrodejstvujushhej kondensatornoj batarei. Dlja nabljudenij ispol'zovalis' fotografirovanie razrjada s nepreryvnoj i kadrovoj razvertkoj vo vremeni, opticheskaja interferometrija s pomoshh'ju interferometra Maha-Cendera i differencial'nogo in- terferometra, spektroskopija v vidimoj oblasti i v oblasti mjagkih rentgenovskih luchej i magnitnye zondy. Jeti metody dajut informaciju o strukture plazmy, o profiljah plotnosti, o raspredelenii jelektronnyh i dopplerovskih ionnyh temperatur i ih izmenenii vo vremeni. V ustanovkah s linejnoj geometriej nabljudalis' kak ustojchivye tak i neustojchivye sostojanija plazmy. Putem izmenenija davlenija, polja smeshhenija, predvaritel'noj ionizacii, predvaritel'nogo nagreva i koncentracii primesej i putem narushenija simmetrii razrjadnoj trubki okazalos' vozmozhnym poluchit' informaciju ob oblastjah s ustojchivymi i neustojchivymi parametrami. Otklonenija ot simmetrii plazmennogo stolba mogut imet' mesto iz-za: 1) smeshhenij, svjazannyh s prostranstvennoj neodnorodnost'ju uderzhivajushhego magnitnogo polja, 2) osevyh dvizhenij i szhatij v plazme s zahvachennym antiparallel'nym polem i voln razrezhenija iz-za poter' na koncah, 3) vrashhenij i deformacionnyh kolebanij poperechnogo sechenija plazmy, 4) zvezdoobraznoj neustojchivosti i izverzhenij. V to vremja kak smeshhenija i osevye dvizhenija neposredstvenno svjazany s konfiguraciej magnitnogo polja i sravnitel'no nechuvstvitel'ny k drugim parametram, iskazhenija sechenija i izverzhenija reshajushhim obrazom zavisjat ot pervonachal'nogo sostojanija plazmy, t.e. predvaritel'noj ionizacii, predvaritel'nogo nagreva, neodnorodnostej provodimosti, skorosti szhatija, i ochen' chuvstvitel'ny k nebol'shim izmenenijam koncentracii primesej. Pri, po- vidimomu, stabil'nyh uslovijah v prjamom teta-pinche s jenergiej 5 kdzh okazalos' vozmozhnym poluchit' dostatochno horoshee soglasie mezhdu maksimal'nymi znachenijami temperatury ionov i jelektronov najdennyh iz doppler-jeffekta i srednej temperaturoj, poluchennoj iz balansa v plazme s vysokim znacheniem {beta}. Pervye rezul'taty, poluchennye na ustanovke s antiprobkr- voj geometriej, ukazyvajut na stabil'noe povedenie plazmy do nachal'nyh davlenij gazoobraznogo vodoroda v 0,5 tor. (author)}
place = {IAEA}
year = {1966}
month = {Apr}
}