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Turbulent Heating of Plasma by a Direct-Current Discharge; Chauffage Turbulent du Plasma par le Courant d'une Decharge Directe; ТУРБУЛЕНТНЫЙ НАГРЕВ ПЛАЗМЫ ТОКОМ ПРЯМОГО РАЗРЯДА; Calentamiento Turbulento del Plasma por una Corriente de Descarga Directa

Conference:

Abstract

Results are reported of experiments on the turbulent heating of plasma by a current from a direct discharge in a magnetic mirror trap. The adiabatic compression of the heated plasma was investigated as well as various other characteristics of the turbulent plasma. The magnetic field increased to 9 kOe in 1.75 msec. At fields of 0.5 to 9 kOe, the trap was filled with a deuterium plasma of density 10{sup 12} to 10{sup 13} cm{sup -3} from titanium guns; simultaneously the end electrodes were connected to the capacitors for the direct discharge that were variously 0.2, 0.8 and 2.65 {mu}F and at potentials of 10 to 30 kV. The onset of the discharge was timed to coincide with the collision of the plasma jets. The discharge was aperiodic to start with, had a slow current increase, and the oscillograms showed oscillations consistent with instability of the current. The resistance of the plasma determined from the plasma current and potential considerably exceeded the value calculated from the Coulomb collision time. It was 50 to 60 {Omega} at the outset, and dropped to a few tenths of an ohm as the trap became increasingly filled and the plasma temperature increased. The noise  More>>
Authors:
Babykin, M. V.; Gavrin, P. P.; Zavojskij, E. K.; Rudakov, L. I.; Skorjupin, V. A. [1] 
  1. Institut Atomnoj Ehnergii Im. I.V. Kurchatova, Moskva, SSSR (Russian Federation)
Publication Date:
Apr 15, 1966
Product Type:
Conference
Report Number:
IAEA-CN-21/154
Resource Relation:
Conference: Conference on Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research, Culham (United Kingdom), 6-10 Sep 1965; Other Information: 10 refs., 5 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; BACKGROUND NOISE; BREMSSTRAHLUNG; DEUTERIUM; DIRECT CURRENT; ELECTRON TEMPERATURE; INTERFEROMETERS; ION TEMPERATURE; MAGNETIC FIELDS; MAGNETIC MIRRORS; MHZ RANGE; MICROWAVE RADIATION; PLASMA GUNS; PLASMA INSTABILITY; PLASMA JETS; PLASMA PRESSURE; TITANIUM; TURBULENCE; TURBULENT HEATING; X RADIATION
OSTI ID:
22178078
Research Organizations:
International Atomic Energy Agency, Vienna (Austria)
Country of Origin:
IAEA
Language:
Russian
Other Identifying Numbers:
Other: ISSN 0074-1884; TRN: XA13M2298002522
Submitting Site:
INIS
Size:
page(s) 851-862
Announcement Date:
Jan 09, 2014

Conference:

Citation Formats

Babykin, M. V., Gavrin, P. P., Zavojskij, E. K., Rudakov, L. I., and Skorjupin, V. A. Turbulent Heating of Plasma by a Direct-Current Discharge; Chauffage Turbulent du Plasma par le Courant d'une Decharge Directe; ТУРБУЛЕНТНЫЙ НАГРЕВ ПЛАЗМЫ ТОКОМ ПРЯМОГО РАЗРЯДА; Calentamiento Turbulento del Plasma por una Corriente de Descarga Directa. IAEA: N. p., 1966. Web.
Babykin, M. V., Gavrin, P. P., Zavojskij, E. K., Rudakov, L. I., & Skorjupin, V. A. Turbulent Heating of Plasma by a Direct-Current Discharge; Chauffage Turbulent du Plasma par le Courant d'une Decharge Directe; ТУРБУЛЕНТНЫЙ НАГРЕВ ПЛАЗМЫ ТОКОМ ПРЯМОГО РАЗРЯДА; Calentamiento Turbulento del Plasma por una Corriente de Descarga Directa. IAEA.
Babykin, M. V., Gavrin, P. P., Zavojskij, E. K., Rudakov, L. I., and Skorjupin, V. A. 1966. "Turbulent Heating of Plasma by a Direct-Current Discharge; Chauffage Turbulent du Plasma par le Courant d'une Decharge Directe; ТУРБУЛЕНТНЫЙ НАГРЕВ ПЛАЗМЫ ТОКОМ ПРЯМОГО РАЗРЯДА; Calentamiento Turbulento del Plasma por una Corriente de Descarga Directa." IAEA.
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title = {Turbulent Heating of Plasma by a Direct-Current Discharge; Chauffage Turbulent du Plasma par le Courant d'une Decharge Directe; ТУРБУЛЕНТНЫЙ НАГРЕВ ПЛАЗМЫ ТОКОМ ПРЯМОГО РАЗРЯДА; Calentamiento Turbulento del Plasma por una Corriente de Descarga Directa}
author = {Babykin, M. V., Gavrin, P. P., Zavojskij, E. K., Rudakov, L. I., and Skorjupin, V. A.}
abstractNote = {Results are reported of experiments on the turbulent heating of plasma by a current from a direct discharge in a magnetic mirror trap. The adiabatic compression of the heated plasma was investigated as well as various other characteristics of the turbulent plasma. The magnetic field increased to 9 kOe in 1.75 msec. At fields of 0.5 to 9 kOe, the trap was filled with a deuterium plasma of density 10{sup 12} to 10{sup 13} cm{sup -3} from titanium guns; simultaneously the end electrodes were connected to the capacitors for the direct discharge that were variously 0.2, 0.8 and 2.65 {mu}F and at potentials of 10 to 30 kV. The onset of the discharge was timed to coincide with the collision of the plasma jets. The discharge was aperiodic to start with, had a slow current increase, and the oscillograms showed oscillations consistent with instability of the current. The resistance of the plasma determined from the plasma current and potential considerably exceeded the value calculated from the Coulomb collision time. It was 50 to 60 {Omega} at the outset, and dropped to a few tenths of an ohm as the trap became increasingly filled and the plasma temperature increased. The noise on the current oscillograms vanished, and the discharge became oscillatory. The duration of the aperiodic regime is determined by the time necessary for filling the trap. It follows from measurements of the potential distribution that up to the transition to the oscillatory regime the main potential drop occurs at the centre of the trap, in the region of reduced density. In this region the current velocities|are maximum and intense turbulence must develop. As a result the plasma develops an anomalous resistance and an appreciable part of the energy stored in the capacitor is absorbed. Intense noise radiation was observed in the range from 106 to 4 x 10{sup 10} c/s; the noise at very high frequencies persists for longer periods than the low-frequency noise on the current oscillograms. The instability, accordingly, persists even after transition to the oscillatory regime. The plasma temperature, determined from the hardness of the X-ray bremsstrahlung, was 5 to 10 keV. The density was determined by a microwave interferometer. The plasma pressure, estimated from the diamagnetic effect was Tilde-Operator 10{sup 17} eV cm{sup -3}. For n Greater-Than-Or-Equivalent-To 2 x 10{sup 13} cm{sup -3} this gives a temperature of Tilde-Operator 5 keV, which agrees with other measurements. At a density of the heated plasma of less than 10{sup 13} cm{sup -3} it is compressed adiabatically, remaining stable. The electron temperature after compression attains 200 keV. When the initial plasma density is increased its temperature after heating is lower and no compression occurs. A signal with frequency 3 x 10{sup 8} c/s was passed through the plasma during the instability of the current. In a strongly turbulent plasma the thickness of the skin layer considerably exceeds c/{omega}{rho} and an interpretation of this phenomenon is put forward. The mechanism of plasma heating when there is a current instability is discussed. A detailed theory is put forward in a separate paper. (author) [French] Les auteurs exposent les resultats qu'ils ont obtenus en procedant a des experiences sur le chauffage turbulent du plasma par le courant d'une decharge directe dans une machine a miroirs magnetiques. Ils ont egalement etudie la compression adiabatique du plasma chauffe et certaines proprietes du plasma turbulent. Le champ magnetique a ete porte a 9 kOe en 1,75 ms. En presence de champs de 0,5 a 9 kOe, on a rempli la machine de plasma de deuterium, dont la densite etait de 10{sup 12} a 10{sup 1}'3 cm{sup -3}, en utilisant des canons a titane. Simultanement, on a intercale entre les electrodes terminales une cavite a decharge directe, ayant une tension maximum de 10 a 30 kV et representant, selon les experiences, 0,2, 0,8 et 2,65 {mu}F. La decharge commencait au moment meme ou les jets de plasma se rencontraient. Au debut elle avait un caractere aperiodique et le courant s'intensifiait lentement) sur les oscillogrammes on constatait des fluctuations qui temoignaient de l'instabilite de ce courant. La resistance du plasma, determinee en fonction du courant et de la tension dans le plasma, est sensiblement superieure a la resistance calculee en fonction du temps des collisions coulombiennes. Au debut, elle est de l'ordre de 50 a 60 {Omega} pour tomber a quelques dixiemes d'ohm a mesure que la machine se remplit et le plasma s'echauffe. Les bruits de fond disparaissent sur les oscillogrammes du courant et la decharge prend un caractere oscillatoire. Les auteurs montrent que la duree du regime aperiodique est determinee par le temps necessaire au remplissage. Il ressort des mesures de la distribution du potentiel qu'avant l'etablissement du regime vibratoire de la decharge, la principale chute de potentiel s'opere au centre de la machine, dans la region ou la densite est petite. C'est a cet endroit que la vitesse du courant est la plus elevee et que doit se developper une turbulence intense. Il en resulte une resistance anormale du plasma, et une fraction importante de l'energie de la decharge directe du condensateur se trouve absorbee. Les auteurs ont observe la presence d'un fort rayonnement parasite de 10{sup 6} a 4.10{sup 10} Hz. Sur les oscillogrammes du courant, les bruits a ultra haute frequence durent plus longtemps que ceux de basse frequence. Ce phenomene prouve que l'instabilite subsiste meme apres l'etablissement du regime oscillatoire. La temperature du plasma a ete determinee d'apres la durete du rayonnement X de freinage; elle etait de l'ordre de 5 a 10 keV. Pour mesurer la densite, on a utilise un interferometre a micro-ondes. La pression du plasma, evaluee d'apres l'effet diamagnetique, etait d'environ 10{sup 1}'7 eV cm{sup -3}. Il s'ensuit que pour n Greater-Than-Or-Equivalent-To 2.10{sup 13} cm{sup -3}, on obtient une temperature d'environ 5 keV, ce qui concorde avec les autres mesures. Lorsque le plasma chauffe a une densite inferieure a 10{sup 13} cm{sup -3}, il se comprime de facon adiabatique en restant stable. Apres la compression, les electrons atteignent une temperature de 200 keV. Lorsqu'on augmente la densite initiale, la temperature consecutive au chauffage est plus faible et la compression ne peut s'operer. Les auteurs ont etudie le passage du signal, avec une frequence de 3.10{sup 8} Hz, a travers le plasma lorsque le courant est instable. Ils montrent que dans un plasma a forte turbulence, la couche ou se produit l'effet pelliculaire a une epaisseur superieure a c/ojp. Ils apportent une explication a ce phenomene. Le mecanisme du chauffage d'un plasma en presence d'un courant instable fait l'objet d'un examen critique. La theorie de c/{omega}{rho} phenomene est exposee en detail dans un memoire distinct. (author) [Spanish] En la memoria se exponen los resultados de los experimentos sobre el calentamiento turbulento del plasma una corriente de descarga directa en una trampa con espejos magneticos. Tambien se ha investigado la compresion adiabatica del plasma caliente y algunas propiedades del plasma turbulento. El campo magnetico llegaba hasta 9 kOe en 1,75 ms. Con campos de 0,5 a 9 kOe, se llenaba la trampa magnetica con plasma de deuterio, de densidad 10{sup 12} a 10{sup 13} cm{sup -3} mediante inyectores de titanio. Simultaneamente, entre los electrodos terminales se insertaba la capacidad de la descarga directa, con carga hasta de 10 a 30 kV, que en los distintos experimentos llegaba a 0,2, 0,8 y 2,65 uF. La descarga comenzaba en el momento del encuentro de los chorros de plasma. Al principio era aperiodica, con un crecimiento lento de la corriente, y en los oscilogramas se observaban oscilaciones que indicaban la inestabilidad de la corriente. La resistencia del plasma, determinada por su corriente y tension, es considerablemente mayor que la calculada segun el tiempo de las colisiones de Coulomb. Al principio es igual a 50 a 60 {Omega}, y, a medida que se va llenando la trampa y calentando el plasma, se va reduciendo hasta unas decimas de ohmio. Entonces cesan los ruidos en los oscilogramas de la corriente y la descarga se convierte en oscilante. Se ha observado que la duracion del regimen aperiodico esta determinada por el tiempo de llenado. De las medidas de distribucion del potencial se deduce que, hasta el paso de la descarga al regimen oscilante, la caida fundamental del potencial se produce en el centro de la trampa, en la region de densidad reducida. En esta region las velocidades de la corriente son maximas y debe desarrollarse una intensa turbulencia. Como resultado aparece una resistencia del plasma anomala y se absorbe una parte considerable de la energia acumulada en el condensador. Se ha observado una intensa radiacion de ruidos comprendidos entre 10{sup 6} y 4 x 10{sup 10} Hz. En los oscilogramas de la corriente los ruidos de ultrafrecuencia duran mas que los de baja frecuencia. Esto indica que la inestabilidad persiste despues de la transicion al regimen oscilante. Se ha evaluado la temperatura del plasma por la dureza de los rayos X de frenado (5 a 10 keV). La densidad se ha determinado por medio de un interferometro de miGroondas. La presion del plasma se ha estimado por el efecto diamagnetico, obteniendose el valor Tilde-Operator 10{sup 17} eV cm{sup -3}. De este valor, para n Greater-Than-Or-Equivalent-To 2.10{sup 13} cm{sup -3}, se obtiene la temperatura Tilde-Operator 5 keV, que esta de acuerdo con las demas medidas. Con una densidad del plasma caliente inferior a 10{sup 13} cm{sup -3}, el plasma se comprime adiabaticamente, permaneciendo estable. La temperatura de los electrones, despues de la compresion, alcanza 200 keV. Sise aumenta la densidad inicial del plasma, la temperatura despues del calentamiento es mas baja y no se produce la compresion. Se ha investigado el paso de una senal de frecuencia igual 3.10{sup 8} Hz a traves del plasma, durante la inestabilidad de la corriente. Se ha observado que, en un plasma con turbulencia intensa, el espesor de la capa superficial es considerablemente mayor que c/{omega}{rho}. Se propone una explicacion de este hecho. Se estudia el mecanismo de calentamiento del plasma durante la inestabilidad de la corriente. En la memoria se expone una teoria detallada de este fenomeno. (author) [Russian] V doklade izlagajutsja rezul'taty jeksperimentov po turbulentnomu nagrevu plazmy tokom prjamogo razrjada v lovushke s magnitnymi probkami. Issledovalis' takzhe adiabaticheskoe szhatie nagretoj plazmy i nekotorye svojstva turbulentnoj plazmy. Magnitnoe pole narastalo do 9 kje za 1,75 msek. Pri poljah ot 0,5 do 9 kje lovushka zapolnjalas' dejterievoj plazmoj plotnost'ju 10{sup 12}-10{sup 13} sm-3 iz titanovyh inzhektorov. Odnovremenno mezhdu ih koncevymi jelektrodami vkljuchalas' emkost' prjamogo razrjada, zarjazhennaja do 10 Division-Sign 30 kv i sostavljajushhaja v razlichnyh opytah 0,2, 0,8 i 2,65 mkf. Razrjad nachinalsja v moment vstrechi plazmennyh struj. Vnachale on aperiodicheskij, s medlennym narastaniem toka, i na oscillogrammah nabljudajutsja kolebanija, svidetel'stvujushhie o neustojchivosti toka. Soprotivlenie plazmy, opredelennoe po toku i naprjazheniju na plazme, znachitel'no bol'she rasschitannogo po vremeni kulonovskih stolknovenij. Vnachale ono ravno 50-60 om i po mere zapolnenija lovushki i nagreva plazmy padaet do desjatyh dolej oma. Shumy na oscillogrammah toka prekrashhajutsja i razrjad stanovitsja kolebatel'nym. Pokazano, chto dlitel'nost' aperiodicheskogo rezhima opredeljaetsja vremenem zapolnenija. Iz izmerenij raspredelenija potenciala sleduet, chto do perehoda razrjada v kolebatel'nyj rezhim osnovnoe padenie potenciala proishodit v seredine lovushki, v oblasti ponizhennoj plotnosti. Zdes' tokovye skorosti maksimal'ny, i dolzhna razvivat'sja intensivnaja turbulentnost'. V rezul'tate voznikaet anomal'noe soprotivlenie plazmy i pogloshhaetsja znachitel'naja chast' jEhnergii kondensatora prjamogo razrjada. Nabljudalos' sil'noe shumovoe izluchenie ot 10{sup 6} d o 4 * 10{sup 10} gerc. SVCh shumy dljatsja dol'she, chem nizkochastotnye shumy na oscillogrammah toka. Jeto svidetel'stvuet, chto neustojchivost' sushhestvuet i posle perehoda v kolebatel'nyj rezhim. Temperatura plazmy opredeljalas' po zhestkosti tormoznogo rentgenovskogo izluchenija i ravna 5 - 10 kjev. Plotnost' opredeljalas' mikrovolnovym interferometrom. Davlenie plazmy ocenivalos' po diamagnitnomu jeffektu i okazalos' Tilde-Operator 10{sup 17} jev sm{sup -3} . Otsjuda pri p Greater-Than-Or-Equivalent-To 2 * 10{sup 13} sm{sup -3} poluchaetsja temperatura Tilde-Operator 5 kjev, chto soglasuetsja s drugimi izmerenijami. Pri plotnosti nagretoj plazmy menee 10{sup 13} sm{sup -3} plazma adiabaticheski szhimaetsja, ostavajas' ustojchivoj. Temperatura jelektronov posle szhatija dostigaet 200 kjev. Pri uvelichenii nachal'noj plotnosti plazmy temperatura posle nagreva nizhe i szhatie ne proishodit. Issledovano prohozhdenie signala s chastotoj 3 * 10{sup 8} gerc cherez plazmu vo vremja neustojchivosti toka. Pokazano, chto v plazme s sil'noj turbulentnost'ju tolshhina skin-sloja znachitel'no bol'she c/{omega}{rho}. Daetsja ob'jasnenie jetomu javleniju. Obsuzhdaetsja mehanizm nagreva plazmy pri neustojchivosti toka. Podobnaja teorija jetogo javlenija daetsja v otdel'nom doklade. (author)}
place = {IAEA}
year = {1966}
month = {Apr}
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