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Plasma Equilibrium in a Torus with High-Frequency Fields and Plasma Heating Resulting from the Development of a Powerful Beam of ''Escaping Electrons''; Plasma Torique: Stabilisation au Moyen de Champs de Haute Frequence et Chauffage par Formation d'un Flux Intense d'Electrons 'Emballes'; Ehksperimental'noe issledovanie ravnovesiya plazmy v tore pri nalichii vysokochastotnykh polej i nagreva plazmy za schet razvitiya moshchnogo puchka ''ubegayushchikh ehlektronov''; Equilibrio del Plasma en un Toro, en Presencia de Campos de Alta Frecuencia, y Calentamiento del Plasma por el Desarrollo de un Haz Potente de 'Electrones Desbocados '

Conference:

Abstract

The paper describes experiments conducted on the ''RT-0'' apparatus. It consists of a torus with large diameter 100 cm and with small diameter 10 cm. A toroidal magnetic field about 6 kOe is established along the chamber. The plasma is ignited at {>=}5 x 10{sup -4} Torr by means of a longitudinal rotating electric field of f = 8.3 Mc/s. Rotating around the small diameter is a high-frequency (540 kc/s) quadrupole field with H{phi} = 200 Oe at the chamber walls. When the low-induction capacitor bank is discharged on the loops located along the torus, a damped vortical electric field with maximum strength E{sub z} = 200 V cm{sup -1} and with half-period about 1 {mu}s may be generated within the chamber. The purposes of the experiments were: 1) To explain the equilibrium and stabilization of plasma in a quasi-constant toroidal magnetic field by using routing multipole high-frequency fields, on the assumption that the toroidal drift force, equal to Tilde-Operator (r/R)nkt, must be compensated by the electromagnetic wave pressure H{sup 2}/8{pi}; 2) To study the heating of plasma resulting from dissipation of the ''beam'' instability produced by a powerful beam of ''escaping electrons'' when the electric fields in the plasma  More>>
Authors:
Demirkhanov, R. A.; Kirov, A. G.; Stotland, M. A.; Malykh, N. I.; Horasanov, G. L.; Vishnevskij, N. K.; Gutkin, T. I.; Jampol'skij, I. R. [1] 
  1. Fiziko-Tehnicheskij Institut Gosudarstvennogo Komiteta po Ispol'zovaniju Atomnoj Ehnergii SSSR, Sukhumi, SSSR (Russian Federation)
Publication Date:
Apr 15, 1966
Product Type:
Conference
Report Number:
IAEA-CN-21/191
Resource Relation:
Conference: Conference on Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research, Culham (United Kingdom), 6-10 Sep 1965; Other Information: 8 refs., 12 figs.; Related Information: In: Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research. Vol. II. Proceedings of a Conference on Plasma Physics and Controlled Physics Research Nuclear Fusion Research| 1017 p.
Subject:
70 PLASMA PHYSICS AND FUSION TECHNOLOGY; ELECTRIC FIELDS; ELECTRIC POTENTIAL; ELECTRON BEAMS; ELECTRON DENSITY; ELECTRON TEMPERATURE; INTERFEROMETERS; LUMINESCENCE; MAGNETIC FIELDS; MICROWAVE RADIATION; PLASMA DENSITY; PLASMA HEATING; PLASMA INSTABILITY; SCINTILLATION COUNTERS; SIGNALS; STABILIZATION; X RADIATION
OSTI ID:
22178046
Research Organizations:
International Atomic Energy Agency, Vienna (Austria)
Country of Origin:
IAEA
Language:
Russian
Other Identifying Numbers:
Other: ISSN 0074-1884; TRN: XA13M2266002490
Submitting Site:
INIS
Size:
page(s) 327-343
Announcement Date:
Jan 09, 2014

Conference:

Citation Formats

Demirkhanov, R. A., Kirov, A. G., Stotland, M. A., Malykh, N. I., Horasanov, G. L., Vishnevskij, N. K., Gutkin, T. I., and Jampol'skij, I. R. Plasma Equilibrium in a Torus with High-Frequency Fields and Plasma Heating Resulting from the Development of a Powerful Beam of ''Escaping Electrons''; Plasma Torique: Stabilisation au Moyen de Champs de Haute Frequence et Chauffage par Formation d'un Flux Intense d'Electrons 'Emballes'; Ehksperimental'noe issledovanie ravnovesiya plazmy v tore pri nalichii vysokochastotnykh polej i nagreva plazmy za schet razvitiya moshchnogo puchka ''ubegayushchikh ehlektronov''; Equilibrio del Plasma en un Toro, en Presencia de Campos de Alta Frecuencia, y Calentamiento del Plasma por el Desarrollo de un Haz Potente de 'Electrones Desbocados '. IAEA: N. p., 1966. Web.
Demirkhanov, R. A., Kirov, A. G., Stotland, M. A., Malykh, N. I., Horasanov, G. L., Vishnevskij, N. K., Gutkin, T. I., & Jampol'skij, I. R. Plasma Equilibrium in a Torus with High-Frequency Fields and Plasma Heating Resulting from the Development of a Powerful Beam of ''Escaping Electrons''; Plasma Torique: Stabilisation au Moyen de Champs de Haute Frequence et Chauffage par Formation d'un Flux Intense d'Electrons 'Emballes'; Ehksperimental'noe issledovanie ravnovesiya plazmy v tore pri nalichii vysokochastotnykh polej i nagreva plazmy za schet razvitiya moshchnogo puchka ''ubegayushchikh ehlektronov''; Equilibrio del Plasma en un Toro, en Presencia de Campos de Alta Frecuencia, y Calentamiento del Plasma por el Desarrollo de un Haz Potente de 'Electrones Desbocados '. IAEA.
Demirkhanov, R. A., Kirov, A. G., Stotland, M. A., Malykh, N. I., Horasanov, G. L., Vishnevskij, N. K., Gutkin, T. I., and Jampol'skij, I. R. 1966. "Plasma Equilibrium in a Torus with High-Frequency Fields and Plasma Heating Resulting from the Development of a Powerful Beam of ''Escaping Electrons''; Plasma Torique: Stabilisation au Moyen de Champs de Haute Frequence et Chauffage par Formation d'un Flux Intense d'Electrons 'Emballes'; Ehksperimental'noe issledovanie ravnovesiya plazmy v tore pri nalichii vysokochastotnykh polej i nagreva plazmy za schet razvitiya moshchnogo puchka ''ubegayushchikh ehlektronov''; Equilibrio del Plasma en un Toro, en Presencia de Campos de Alta Frecuencia, y Calentamiento del Plasma por el Desarrollo de un Haz Potente de 'Electrones Desbocados '." IAEA.
@misc{etde_22178046,
title = {Plasma Equilibrium in a Torus with High-Frequency Fields and Plasma Heating Resulting from the Development of a Powerful Beam of ''Escaping Electrons''; Plasma Torique: Stabilisation au Moyen de Champs de Haute Frequence et Chauffage par Formation d'un Flux Intense d'Electrons 'Emballes'; Ehksperimental'noe issledovanie ravnovesiya plazmy v tore pri nalichii vysokochastotnykh polej i nagreva plazmy za schet razvitiya moshchnogo puchka ''ubegayushchikh ehlektronov''; Equilibrio del Plasma en un Toro, en Presencia de Campos de Alta Frecuencia, y Calentamiento del Plasma por el Desarrollo de un Haz Potente de 'Electrones Desbocados '}
author = {Demirkhanov, R. A., Kirov, A. G., Stotland, M. A., Malykh, N. I., Horasanov, G. L., Vishnevskij, N. K., Gutkin, T. I., and Jampol'skij, I. R.}
abstractNote = {The paper describes experiments conducted on the ''RT-0'' apparatus. It consists of a torus with large diameter 100 cm and with small diameter 10 cm. A toroidal magnetic field about 6 kOe is established along the chamber. The plasma is ignited at {>=}5 x 10{sup -4} Torr by means of a longitudinal rotating electric field of f = 8.3 Mc/s. Rotating around the small diameter is a high-frequency (540 kc/s) quadrupole field with H{phi} = 200 Oe at the chamber walls. When the low-induction capacitor bank is discharged on the loops located along the torus, a damped vortical electric field with maximum strength E{sub z} = 200 V cm{sup -1} and with half-period about 1 {mu}s may be generated within the chamber. The purposes of the experiments were: 1) To explain the equilibrium and stabilization of plasma in a quasi-constant toroidal magnetic field by using routing multipole high-frequency fields, on the assumption that the toroidal drift force, equal to Tilde-Operator (r/R)nkt, must be compensated by the electromagnetic wave pressure H{sup 2}/8{pi}; 2) To study the heating of plasma resulting from dissipation of the ''beam'' instability produced by a powerful beam of ''escaping electrons'' when the electric fields in the plasma are characterized by Ez >> Ec. The apparatus was used to carry out: a) Microwave measurements of plasma density, by using an interferometer of wave length {lambda} =2 mm, and observation of the plasma boundary by the reflected signal on the wave {lambda} = 17 mm; b) Recording of the behaviour of the H{sub {beta}} line in time and scanning of plasma luminescence in time, by using a photoelectric converter; c) measurement of the total intensity of the X-radiation in time, by using a scintillation counter; d) measurement of the current in the plasma and of the voltage in the bypass. The results show that a high-frequency igniting field of 8.3 Mc/s creates a plasma touching the walls with an average electron density 0.5 to 1 x 10{sup 13} cm{sup -3} and an electron temperature of the order of a few eV. When a rotating quadrupole high-frequency field is applied, the plasma is forced away from the walls and is localized in the centre with an increase in temperature. Attention was also paid to heating by a strong electric field in the absence of a rotating high-frequency quadrupole field. In this case, when the electric field is E{sub z} = 100 to 200 V cm{sup -}{sub 1}, a current Jp=3 to 5 kA is developed in the plasma; on being strongly damped, this current becomes essentially ohmic in character. At the same time the voltage in the bypass is very strongly damped in comparison with the inactive condition, which indicates effective absorption of the loop energy by the plasma. The energy absorbed by the plasma during the first half-cycle of the current, that is during about 1{mu}s, represents about 20 J, and the conductivity of the plasma is anomalously low. When heating is performed by a strong electric field, an intensive burst of X-radiation with an energy of the order of 100 keV is observed, together with the emission of.micro-wave noises at frequencies close to that of the plasma. (author) [French] Le memoire decrit les experiences qui ont ete effectuees dans l'installation RT-0. Cette installation est constituee par un tore ayant un grand diametre de 100 cm et un petit diametre de 10 cm. Le long de la chambre, il se forme un champ magnetique torique d'environ 6 kOe. L'ignition du plasma se fait sous une pression superieure ou egale a 5 x 10{sup -4} Torr au moyen d'un champ electrique longitudinal tournant (8,3 MHz). Au voisinage de la paroi de la chambre se trouve un champ quadripolaire de haute frequence (540 kHz), qui tourne autour du plus petit diametre, avec H{phi} = 200 Oe. Lorsque le banc de condensateurs a faible induction envoie une decharge dans les spires disposees le long du tore, il peut se creer a l'interieur de la chambre un champ electrique turbulent du type decroissant, ayant une intensite maximum E{sub z} = 200 V cm{sup -1} et une demi-periode de 1 {mu}s environ. Les objectifs des experiences etaient les suivants: 1) etudier l'equilibre et la stabilisation du plasma dans un champ magnetique torique quasi constant a l'aide de champs multipolaires tournants de haute frequence, en admettant que la force de derive torique, qui est egale a Tilde-Operator (r/R)nkT, doit etre compensee par la pression de l'onde electromagnetique H{sup 2}/8{pi} 2) etudier le chauffage du plasma par dissipation de l'instabilite 'de faisceau' que produit un flux intense d'electrons 'emballes', lorsque le champ electrique dans le plasma est caracterise par E{sub z} ' E{sub c}. Dans l'installation, il a ete procede aux operations suivantes: a) mesures par micro-ondes de la densite, a l'aide d'un interferometre a longueur d'onde {lambda} = 2 mm et observation de la limite du plasma d'apres un signal reflete sur l'onde {lambda} = 17 mm; b) enregistrement des variations de la ligne H{sub {beta}} et de celles de la luminescence du plasma dans le temps, a l'aide d'un transformateur: optico-electronique; c) determination des variations de l'intensite totale des rayons X dans le temps, a l'aide d'un compteur a scintillation; d) mesure du courant dans le plasma et de la tension dans le conducteur auxiliaire. Il ressort des resultats des experiences que le champ de frequence 8,3 MHz qui assure l'ignition cree un plasma en contact avec les parois, dont la densite moyenne est comprise entre 0, 5 et 1 * 10{sup 13} cm'-{sup 3} et dont la temperature electronique est de l'ordre de quelques eV. Lorsqu'on lui applique un champ quadripolaire tournant de haute frequence, le plasma se detache des parois pour se localiser au centre, et sa temperature augmente. Les auteurs ont etudie le regime de chauffage au moyen d'un fort champ electrique en l'absence d'un champ quadripolaire tournant de haute frequence. Dans ce cas, en presence d'un champ electrique Ez compris entre 100 et 200 V cm{sup -1}, le plasma est parcouru par un courant d'intensite Ip compris entre 3 et 5 kA, lequel a un caractere essentiellement ohmique avec amortissement prononce. En meme temps, la tension dans le conducteur auxiliaire diminue; elle est aussi fortement amortie par rapport a celle qui correspond a la marche a vide, ce qui indique une absorption efficace de l'energie du circuit par le plasma. L'energie absorbee par le plasma au cours de la premiere periode du courant, c'est-a-dire pendant environ 1 {mu}s, represente environ 20 J; on constate d'ailleurs que la conductibilite du plasma est anormalement faible. Lors du chauffage au moyen d'un fort champ electrique, on observe une bouffee intense de rayons X dont l'energie est de l'ordre de 100 keV, ainsi qu'une emission de bruits a micro-ondes sur des frequences voisines de celle du plasma. (author) [Spanish] En la memoria se describen los experimentos realizados en la instalacion 'RT-0'. La instalacion tiene forma de toro, de 100 cm de diametro mayor y 10 cm de diametro menor. A lo largo de esta camara se genera un campo magnetico toroidal de unos 6 kOe. Se produce la ignicion del plasma a una presion P Greater-Than-Or-Equal-To 5 * 10{sup 4} Tony por medio de un campo electrico longitudinal rotacional (8,3 MHz). Hay un campo cuadrupolar de alta frecuencia (540 kHz) que gira alrededor del diametro menor, cuya intensidad es H{sub {phi}} = 200 Oe, junto a la pared de la camara. Al producirse la descarga de una bateria de condensadores de pequena induccion en las espiras situadas a lo largo del toro se puede generar, en el volumen de la camara, un campo electrico rotacional amortiguado, cuya intensidad maxima es E{sub z}=200 V/cm, con un semiperiodo de lus, aproximadamente. El objeto de los experimentos es: 1) estudio del equilibrio'y de la estabilizacion del plasma en un campo magnetico toroidal cuasi-constante, por medio de campos de alta frecuencia, multipolars y giratorios, suponiendo que la fuerza de deriva toroidal, Tilde-Operator (r/R)nkT, debe compensarse con la presion de la onda electromagnetica, H{sup 2}/8{pi}; 2) investigacion del calentamiento del plasma a causa de la disipacion de la inestabilidad 'fascicular', producida por el potente flujo de 'electrones desbocados', con campos electricos en el plasma caracterizados por E{sub z} ' E{sub c}. En la instalacion se han efectuado: a) mediciones con microondas, de la densidad del plasma, por medio de un interferometro de longitud de onda {lambda} = 2 mm, y observacion del lfmite del plasma con una serial reflejada, de {lambda} = 17 mm; b) registro del comportamiento de la linea H{sub {beta}} en funcion del tiempo y exploracion de la luminiscencia del plasma tambien en funcion del tiempo, por medio de un convertidor electronicooptico; c) medicion de la variacion de la intensidad total de los rayos X en funcion del tiempo, por medio de un contador de centelleo; d) medicion de la corriente en el plasma y de la tension en la derivacion. Los resultados de los experimentos indican que el campo de ignicion de alta frecuencia (8, 3 MHz) genera un plasma, que toca las paredes, de una densidad media de 0,5 a 1 * 10{sup 13} cm{sup -}'3 y una temperatura electronica del orden de varios electron-voltios. Al superponer un campo giratorio cuadripolar, de alta frecuencia al plasma, este se separa de las paredes, para localizarse en el centro y su temperatura aumenta. Se ha investigado el regimen de calentamiento por un campo electrico en ausencia del campo giratorio cuadrupolar de alta frecuencia, En este caso, cuando el campo electrico es igual a E{sub z} = 100 a 200 V/cm se produce en el plasma una corriente I{sub p} = 3 a 5 kA, de naturaleza esencialmente ohmica, con gran amortiguamiento. Al mismo tiempo, la tension en la derivacion tambien se amortigua muy fuertemente, en comparacion con la marcha en vacfo, lo que indica una absorcion efectiva de la energfa del circuito por el plasma. La cantidad de energfa absorbida por el plasma en el transcurso del primer semiperiodo de la corriente, es decir, en 1 {mu}s, aproximadamente, es de unos 20 J, lo que indica que la conductividad del plasma es anormalmente pequena. Cuando el calentamiento se efectua por un campo electrico intenso, se observa una fuerte emision de rayos X, cuya energfa es del orden de 100 keV, acompanada por radiacion parasita de microondas, de frecuencias proximas a la del plasma. (author) [Russian] Daetsja opisanie jeksperimentov, provedennyh na ustanovke ''RT-0''. Ustanovka predstavljaet soboj tor s bol'shim diametrom 100 sm i malym - 10 sm. Vdol' kamery sozdaetsja toroidal'noe magnitnoe pole velichinoj okolo 6 * 10{sup 3} je. Plazma podzhigaetsja pri davlenii R Greater-Than-Or-Equal-To 5 * 10{sup -4} tor posredstvom prodol'nogo vihrevogo jelektricheskogo polja (f = 8,3 Mgc). Imeetsja vrashhajushheesja po malomu diametru vysokochastotnoe (f = 540 kgc) kvadrupol'noe pole s H{sub {phi}} =200 je u stenok kamery. Pri razrjade batarei maloinduktivnyh kondensatorov na vitki, ulozhennye vdol' tora, v ob{sup e}me kamery mozhet generirovat'sja vihrevoe jelektricheskoe pole zatuhajushhego tipa s maksimal'noj naprjazhennost'ju E{sub z} =200 v/sm pri dlitel'nosti poluperioda okolo 1 mksek. Cel'ju jeksperimentov javljaetsja: 1) vyjasnenie ravnovesija i stabilizacii plazmy v kvazipostojannom toroidal'nom magnitnom pole s pomoshh'ju vrashhajushhihsja mul'tipol'nyh vysokochastotnyh polej, predpolagaja, chto sila toroidal'nogo drejfa, ravnaja Tilde-Operator (r/R)nkT dolzhna kompensirovat'sja davleniem jelektromagnitnoj volny H{sup 2}/8{pi} 2) issledovanie nagreva plazmy za schet dissipacii ''puchkovoj'' neustojchivosti, vozbuzhdaemoj moshhnym potokom 'ubegajushhih jelektronov' pri jelektricheskih poljah v plazme E{sub z} >> E{sub c} Na ustanovke provodilis': a) mikrovolnovye izmerenija plotnosti plazmy s pomoshh'ju interferometra s dlinoj volny {lambda} = 2 mm i nabljudenie granicy plazmy po otrazhennomu signalu na volne {lambda} = 17 mm; b) registracija provedenija linii vo vremeni i razvertka svechenija plazmy vo vremeni s pomoshh'ju jelektronno- opticheskogo preobrazovatelja; v) izmerenija povedenija (polnoj intensivnosti rentgenovskogo izluchenija vo vremeni s pomoshh'ju scintilljacionnogo schetchika; g) izmerenie toka v plazme i naprjazhenija na obhode. Rezul'taty jeksperimentov pokazyvajut, chto podzhigajushhee vysokochastotnoe pole s chastotoj f = 8,3 Mgc), sozdaet plazmu, kasajushhujusja stenok, so srednej plotnost'ju P{sub e} = 5 * 10{sup 12} * 10{sup 13} sm{sup -3} i jelektronnoj temperaturoj porjadka neskol'kih jelektronvol't. Pri nalozhenii na jetu plazmu vrashhajushhegosja kvadrupol'nogo vysokochastotnogo polja plazma otzhimaetsja ot stenok, lokalizuetsja v centre i temperatura ee uvelichivaetsja. Issledovalsja rezhim nagreva'sil'nym jelektricheskim polem v otsutstvie vrashhajushhegosja vysokochastotnogo kvadrupol'nogo polja. V jetom sluchae, kogda jelektricheskoe pole ravno E{sub z} = 100 * 200 v/sm v plazme razvivaetsja tok Jp =3 * 5 ka, kotoryj imeet sushhestvenno omicheskij harakter pri sil'nom zatuhanii. V to zhe vremja naprjazhenie na obhode takzhe ves'ma sil'no zatuhaet po sravneniju s holostym hodom, chto ukazyvaet na jeffektivnoe pogloshhenie jEhnergii kontura plazmoj. Velichina jEhnergii, pogloshhennoj plazmoj v techenie pervogo poluperioda toka, t.e. za vremja okolo 1 mksek, sostavljaet primerno 20 dzh; pri jetom okazyvaetsja, chto provodimost' plazmy anomal'no mala. V rezhime nagreva sil'nym jelektricheskim polem nabljudaetsja intensivnaja vspyshka rentgenovskogo izluchenija s jenergiej porjadka 100 kjev, a takzhe izluchenie mikrovolnovyh shumov na chastotah blizkih k plazmennoj. (author)}
place = {IAEA}
year = {1966}
month = {Apr}
}