You need JavaScript to view this

Universal Instability in a Thermal Plasma Device (Q-Machine); Instabilite Universelle dans une Machine a Plasma Thermique (Machine-Q); Issledovaniya universal'noj neustojchivosti v ustrojstve dlya termicheski ionizovannoj plazmy; Inestabilidad Universal en un Dispositivo de Plasma Termico (Maquina Q)

Conference:

Abstract

The fully ionized column in, a thermal plasma device (Q-machine) provides a convenient medium for studying the universal (drift-wave) instability arising from the joint effect of the finite ion Larmor radius and the density gradient perpendicular to the magnetic confining field. The pertinent dimensionless parameters can be varied over a range such that the results can be scaled to make comparisons.with plasmas of thermonuclear interest, and the instability can be excited in controlled fashion by appropriate adjustment of the sheath conditions at the metal end plates by using sheath-control techniques that are discussed together with the underlying theory. By exploiting these techniques the oscillation amplitude can be held at arbitrarily low levels and the behaviour of the instability can be traced from the low-amplitude (e Empty-Set /kT {approx}10{sup -3}) ''quasilinear'' regime, characterized by a monochromatic ''locked-mode'' spectrum, into the non-linear regime; and then into a weakly turbulent state (e Empty-Set /kT Less-Than-Or-Equivalent-To 1) characterized by a noisy ''hash'' spectrum. A novel ''raster-display'' method provides a complete picture of the development of the instability and the transition to turbulence. The experimentally determined basic characteristics of the instability such as the mode frequencies, direction of azimuthal propagation, coherence properties, density independence, magnetic  More>>
Authors:
Lashinsky, H. [1] 
  1. University Of Maryland, College Park, MD (United States)
Publication Date:
Apr 15, 1966
Product Type:
Conference
Report Number:
IAEA-CN-21/107
Resource Relation:
Conference: Conference on Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research, Culham (United Kingdom), 6-10 Sep 1965; Other Information: 21 refs., 9 figs., 2 tabs.; 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; AMPLITUDES; APPROXIMATIONS; COMPARATIVE EVALUATIONS; LANDAU DAMPING; LARMOR RADIUS; MAGNETIC FIELDS; MASERS; MODE LOCKING; MONOCHROMATIC RADIATION; NONLINEAR PROBLEMS; PLASMA; PLASMA DENSITY; PLASMA INSTABILITY; SPACE DEPENDENCE; TURBULENCE; WAVE PROPAGATION
OSTI ID:
22117304
Research Organizations:
International Atomic Energy Agency, Vienna (Austria)
Country of Origin:
IAEA
Language:
English
Contract Number:
Grant AFOSR-141-65
Other Identifying Numbers:
Other: ISSN 0074-1884; TRN: XA13M2230073925
Submitting Site:
INIS
Size:
page(s) 499-513
Announcement Date:
Aug 01, 2013

Conference:

Citation Formats

Lashinsky, H. Universal Instability in a Thermal Plasma Device (Q-Machine); Instabilite Universelle dans une Machine a Plasma Thermique (Machine-Q); Issledovaniya universal'noj neustojchivosti v ustrojstve dlya termicheski ionizovannoj plazmy; Inestabilidad Universal en un Dispositivo de Plasma Termico (Maquina Q). IAEA: N. p., 1966. Web.
Lashinsky, H. Universal Instability in a Thermal Plasma Device (Q-Machine); Instabilite Universelle dans une Machine a Plasma Thermique (Machine-Q); Issledovaniya universal'noj neustojchivosti v ustrojstve dlya termicheski ionizovannoj plazmy; Inestabilidad Universal en un Dispositivo de Plasma Termico (Maquina Q). IAEA.
Lashinsky, H. 1966. "Universal Instability in a Thermal Plasma Device (Q-Machine); Instabilite Universelle dans une Machine a Plasma Thermique (Machine-Q); Issledovaniya universal'noj neustojchivosti v ustrojstve dlya termicheski ionizovannoj plazmy; Inestabilidad Universal en un Dispositivo de Plasma Termico (Maquina Q)." IAEA.
@misc{etde_22117304,
title = {Universal Instability in a Thermal Plasma Device (Q-Machine); Instabilite Universelle dans une Machine a Plasma Thermique (Machine-Q); Issledovaniya universal'noj neustojchivosti v ustrojstve dlya termicheski ionizovannoj plazmy; Inestabilidad Universal en un Dispositivo de Plasma Termico (Maquina Q)}
author = {Lashinsky, H.}
abstractNote = {The fully ionized column in, a thermal plasma device (Q-machine) provides a convenient medium for studying the universal (drift-wave) instability arising from the joint effect of the finite ion Larmor radius and the density gradient perpendicular to the magnetic confining field. The pertinent dimensionless parameters can be varied over a range such that the results can be scaled to make comparisons.with plasmas of thermonuclear interest, and the instability can be excited in controlled fashion by appropriate adjustment of the sheath conditions at the metal end plates by using sheath-control techniques that are discussed together with the underlying theory. By exploiting these techniques the oscillation amplitude can be held at arbitrarily low levels and the behaviour of the instability can be traced from the low-amplitude (e Empty-Set /kT {approx}10{sup -3}) ''quasilinear'' regime, characterized by a monochromatic ''locked-mode'' spectrum, into the non-linear regime; and then into a weakly turbulent state (e Empty-Set /kT Less-Than-Or-Equivalent-To 1) characterized by a noisy ''hash'' spectrum. A novel ''raster-display'' method provides a complete picture of the development of the instability and the transition to turbulence. The experimentally determined basic characteristics of the instability such as the mode frequencies, direction of azimuthal propagation, coherence properties, density independence, magnetic field dependence, and spatial dependence of mode amplitude, are in good qualitative agreement with the linear theory of the universal instability. Experiments have also been carried out on the effect of column length on the real part of the frequency (approximately a 10% correction) and on the imaginary part. The effect on the latter is due to ion Landau damping and the method provides an excellent means of studying the Landau damping mechanism itself. The results of these experiments are also in good agreement with the linear theory and have, in addition, revealed a number of non-linear effects such as ''mode jumping'' and ''mode locking''. These non-linear phenomena have been analyzed by generalizing standard methods of non-linear mechanics to distributed systems and are found to be related to similar phenomena observed in optical masers and lumped-parameter vacuumtube systems. (author) [French] La colonne entierement ionisee dans une machine a plasma thermique (machine-Q) fournit un milieu qui convient l'etude de l'instabilite universelle (onde de derive) produite par l'effet combine du rayon de Larmor fini des ions et du gradient de densite perpendiculaire au champ magnetique de confinement. On peut faire varier les parametres sans dimension appropries dans un intervalle tel que les resultats puissent etre gradues pour permettre des comparaisons avec des'plasmas presentant un interet thermonucleaire, et on peut exciter l'instabilite sous controle par un ajustement approprie des conditions de couche aux plaques metalliques terminales en recourant aux techniques de controle de couche qui sont examinees en meme temps queja theorie sur laquelle elles reposent. En recourant a ces techniques; on peut maintenir l'amplitude d'oscillation a des niveaux arbitrairement bas et on peut suivre le comportement de l'instabilite dans son passage du regime 'quasi lineaire' de basse amplitude (e Empty-Set /kT Tilde-Operator 10{sup -3}) - caracterise par un spectre monochromatique de 'mode ferme' -au regime non lineaire, puis a un etat faiblement turbulent (e Empty-Set /kT Less-Than-Or-Equivalent-To 1) - caracterise par un spectre de bruit 'hache'. Une methode nouvelle 'd'agencement en grille' fournit un tableau complet du developpement de l'instabilite et de la transition vers la turbulence. Les caracteristiques fondamentales de l'instabilite, determinees experimentalement, telles que les frequences de mode, la direction de la propagation azimutale, les proprietes de coherence, l'indep'endance a . l'egard de la densite, la dependance a l'egard duchamp magnetique et la dependance spatiale de l'amplitude de mode sont qualitativement en bon accord avec la theorie lineaire de l'instabilite universelle. L'auteur a egalement procede a des experiences sur l'effet de la longueur de la colonne sur la partie reelle de la frequence (une correction d'environ 10%) ainsi que sur sa partie imaginaire. L'effet sur cette derniere partie est du a l'amortissement de Landau des ions et cette methode fournit un excellent moyen d'etudier le mecanisme {center_dot} meme de l'amortissement de Landau. Les resultats de ces experiences sont aussi en bon accord avec la theorie lineaire et ils ont, en outre, revele plusieurs effets non lineaires tels que le < saut de mode> et la . L'auteur a analyse ces phenomenes non lineaires en etendant l'application des methodes courantes de la mecanique non lineaire a des systemes discontinus et il a trouve une relation entre eux et des phenomenes similaires observes dans des masers optiques et dans des dispositifs a tube et parametres globaux. (author) [Spanish] La columna totalmente ionizada en un dispositivo de plasma termico (maquina Q) constituye un medio conveniente para estudiar la inestabilidad universal (onda de deriva) producida por el efecto combinado del radio de Larmor finito de los iones, y del gradiente de densidad-perpendicular al campo magnetico de confinamiento. Es posible modificar los parametros adimensionales adecuados en un intervalo de valores tal que los resultados puedan graduarse a fin de permitir comparaciones con plasmas que presentan interes termonuclear; la inestabilidad puede provocarse de manera controlada regulando adecuadamente las condiciones de la capa lfmite en las placas metalicas terminales mediante tecnicas de control que se analizan conjuntamente con la teoria en que se basan. Recurriendo a estas tecnicas, es posible mantener la amplitud de las oscilaciones en valores arbitrariamente bajos y seguir el comportamiento de la inestabilidad desde el regimen 'cuasi lineal' de baja-amplitud (e Empty-Set /kT Tilde-Operator 10{sup -3}), caracterizado por un espectro monocromatico de 'modo inmovilizado', pasando por el regimen no lineal, hasta el estado debilmente turbulento (e Empty-Set /kT Less-Than-Or-Equivalent-To 1), caracterizado por un espectro de ruidos 'entrecortados'. Un nuevo metodo de 'presentacion en cuadricula' permite obtener una imagen completa del desarrollo de la inestabilidad y de la transicion a la turbulencia. Las caracteristicas fundamentales de la inestabilidad determinadas experimen taime rite, tales como las frecuencias modales, la direccion de propagacion azimutal, las propiedades de coherencia, la independencia con respecto a la densidad, la dependencia del campo magnetico y la dependencia espacial de la amplitud modal concuerdan cualitativamente con la teorfa lineal de la inestabilidad universal. El autor efectuo tambien Hmerimentos sobre el efecto que la longitud de la columna ejerce sobre la parte real de la frecuencia (correction del orden de 10%) y sobre su parte imaginaria. El efecto sobre la ultima parte se debe al amortiguamiento He Landau de los iones y el metodo constituye un excelente medio para estudiar el mecanismo del amortigua- Sniento de Landau propiamente dicho. Los resultados de estos experimentos concuerdan asimismo con la teorfa fineal y, ademas, han puesto de manifiesto una serie de efectos no lineales, tales por ejemplo el 'salto modal' i el 'cierre modal'. Estos fenomenos no lineales se analizaron extendiendo los metodos normales de la mecanica no lineal a los sistemas discontinuos, hallandose que estan relacionados con fenomenos similares obser- . vados en masers opticos y en sistemas de tubo de vacio con parametros globales. (author) [Russian] udobnoj sredoj dlja izuchenija universal'noj neustojchivosti (neustojchivosti drejfujushhej volny), voznikajushhej iz sovmestnogo jeffekta konechnog larmorovskogo ionnogo radiusa i gradienta plotnosti, perpendikuljarnogo uderzhivajushhemu magnitnomu polju. Sootvetstvujushhie bezrazmernye parametry mogut var'irovat'sja v takih predelah, chtoby rezul'taty mozhno bylo sopostavljat' v celjah sravnenija s plazmami, predstavljajushhimi interes dlja termojadernyh issledovanij, i upravljaemaja neustojchivost' mogla by byt' vyzvana sootvetstvujushhim regulirovaniem anodnogo rezhima na plastinah s metallicheskimi okonchanijami putem ispol'zovanija metodov upravlenija anodom, kotorye rassmatrivajutsja vmeste s osnovnoj'teoriej. Pri ispol'zovanii jetih metodov amplituda ascilljacij, mozhet uderzhivat'sja na proizvol'no ustanovlennyh nizkih urovnjah i povedenie neustojchivosti mozhet byt' proslezheno, nachinaja ot nizkoamplitudnogo (e Empty-Set /kT Tilde-Operator 10{sup -3}) ''kvazi-linejno- go'' rezhima, kotoryj harakterizuetsja monohromaticheskim ''zamknutovidnym'' spektrom, do nelinejnogo rezhima, a zatem do slabo-turbulentnogo sostojanija (e Empty-Set /kT Less-Than-Or-Equivalent-To 1) , kotoroe harakterizuetsja iskazhennym ''haoticheskim'' spektrom. Novyj ''rastrovosproizvodjashhij'' metod daet polnuju kartinu razvitija neustojchivosti i perehoda k turbulentnosti. Jeksperimental'no opredelennye osnovnye harakteristiki neustojchivosti, takie kak chastotnye mody, napravlenie azimutal'nogo rasprostranenija, svojstva kogerentnosti, nezavisimost' plotnosti, zavisimost' magnitnogo polja, prostranstvennaja zavisimost' mo- dovoj amplitudy horosho soglasujutsja v kachestvennom otnoshenii s linejnoj teoriej universal'noj neustojchivosti. Jeksperimenty provodilis' takzhe otnositel'no jeffekta dliny stolba na real'nuju chast' chastoty (popravka primerno v 10%) i na voobrazhaemuju chast'. Jeffekt na voobrazhaemuju chast' imeet mesto blagodarja ionnomu dempfirovaniju Landau, i dannyj metod javljaetsja otlichnym sredstvom izuchenija samogo mehanizma dempfirovanija Landau. Rezul'taty jetih jeksperimentov takzhe horosho soglasujutsja s linejnoj teoriej i, krome togo, obnaruzhivajut rjad nelinejnyh jeffektov, takih kak ''modovyj skachok'' i ''mo- dovoe zamykanie''. Jeti nelinejnye javlenija proanalizirovany putem rasprostranenija standartnyh metodov nelinejnoj mehaniki na raspredelennye sistemy i ustanovleno, chto oni imejut otnoshenie k analogichnym javlenijam, nabljudaemym v opticheskih mazerah i blochno- parametricheskih vakuumno-trubnyh sistemah. (author)}
place = {IAEA}
year = {1966}
month = {Apr}
}