Spontaneous and Induced Transient Processes in Plasma of the L-2M Stellarator in High-Power ECR Heating Regime

封面

如何引用文章

全文:

详细

Comparative analysis of time evolutions of plasma macro- and microparameters during spontaneousand induced transient processes in the classical quasi-stationary stellarator L-2M is presented. Plasmaheating was performed in the electron cyclotron resonance heating (ECRH) regime at the second harmonicof electron gyrofrequency under conditions of high specific energy input in the power range of0.8−2MW/m3. Spontaneous transient processes are observed at constant heating powers, and induced onesare initiated by a stepwise increase or decrease in heating power. Correlation between time evolutions ofplasma macroparameters (primarily the energy lifetime) and the parameters of plasma turbulence is searched.Physical models of the phenomena that determine dynamic changes in plasma macroparameters are presented.Analysis of the data of high-frequency diagnostics made it possible to clear up the action of MHD andkinetic instabilities on transient processes in the stellarator hot plasma, as well as the role of plasma-wallinteraction.

全文:

受限制的访问

作者简介

D. Vasilkov

Prokhorov General Physics Institute of the Russian Academy of Sciences; Bauman Moscow State Technical University

编辑信件的主要联系方式.
Email: lhdlhd81@mail.ru
俄罗斯联邦, Moscow, 119991; Moscow, 105005

V. Borzosekov

Prokhorov General Physics Institute of the Russian Academy of Sciences

Email: lhdlhd81@mail.ru
俄罗斯联邦, Moscow, 119991

N. Skvortsova

Prokhorov General Physics Institute of the Russian Academy of Sciences; MIREA — Russian Technological University

Email: lhdlhd81@mail.ru
俄罗斯联邦, Moscow, 119991; Moscow, 119454

N. Kharchev

Prokhorov General Physics Institute of the Russian Academy of Sciences; National Research Centre “Kurchatov Institute”

Email: lhdlhd81@mail.ru
俄罗斯联邦, Moscow, 119991; Moscow, 123182

参考

  1. Yamada H., Harris J. H., Dinklage A., Ascasibar E., Sano F., Okamura S., Talmadge J., Stroth U., Kus A., Murakami S., Yokoyama M., Beidler C.D., Tribaldos V., Watanabe K.Y. and Suzuki Y. // Nucl. Fusion. 2005. V. 45. 1684.
  2. Fujisawa A., Iguchi H., Minami T., Yoshimura Y., Sanuki H., Itoh K., Lee S., Tanaka K., Yokoyama M., Kojima M., Itoh S.-I., Okamura S., Akiyama R., Ida K., Isobe M., Morita S., Nishimura S., Osakabe M., Shimizu A., Takahashi C., Toi K., Hamada Y., Matsuoka K. and Fujiwara M. // Phys. Rev. Lett. 1999. V. 82. P. 2669–2672.
  3. Yoshimura Y., Kasahara H., Tokitani M., Sakamoto R., Ueda Y., Ito S., Okada K., Kubo S., Shimozuma T., Igami H., Takahashi H., Tsujimura T.I., Makino R., Kobayashi S., Mizuno Y., Akiyama T., Ashikawa N., Masuzaki S., Motojima G., Shoji M., Suzuki C., Tanaka H., Tanaka K., Tokuzawa T., Tsuchiya H., Yamada I., Goto Y., Yamada H., Mutoh T., Komori A., Takeiri Y. and the LHD Experiment Group. // Nucl. Fusion. 2016. V. 56. 046005.
  4. Eguilior S., Castejón F., Luna E. de la, Cappa A., Likin K., Fernández A. and TJ-II Team // Plasma Physics and Controlled Fusion. 2003. V. 45. P. 105.
  5. Milligen B. Ph. van, Estrada T., Garcıa L., Lopez Bruna D., Carreras B.A., Xu Y., Ochando M., Hidalgo C., Reynolds-Barredo J. M., Lopez Fraguas A. and the TJ-II Team // Nuclear Fusion. 2016. V. 56. 016013.
  6. Батанов Г.М., Бережецкий М.С., Борзосеков В.Д., Васильков Д.Г., Вафин И.Ю., Гребенщиков С.Е., Гришина И.А., Колик Л.В., Кончеков Е.М., Ларионова Н.Ф., Летунов А.А., Логвиненко В.П., Малахов Д.В., Мещеряков А.И., Петров А.Е., Сарксян К.А., Скворцова Н.Н., Степахин В.Д., Харчев Н.К., Харчевский А.А., Хольнов Ю.В., Щепетов С.В. // Физика плазмы. 2017. Т. 43. С. 666–672.
  7. Коврижных Л.М. // Физика плазмы. 2006. Т. 32. С. 1070–1078.
  8. Коврижных Л.М. // Физика плазмы. 2005. Т. 31. С. 17–29.
  9. Пастухов В.П. // Физика плазмы. 2021. Т. 47. С. 808–823.
  10. Abrakov V.V., Akulina D.K., Andryukhina E.D., Batanov G.M., Berezhetskij M.S., Danilkin I.S., Donskaya N.P., Fedyanin O.I., Gladkov G.A., Grebenshchikov S.E., Harris J.H., Kharchev N.K., Kholnov Yu.V., Kolik L.V., Kovrizhnykh L.M., Larionova N.F., Letunov A.A., Likin K.M., Lyon J.F., Meshcheryakov A.I., Nechaev Yu.I., Petrov A.E., Sarksyan K.A. and Sbitnikova I.S. // Nucl. Fusion. 1997. V. 37. P. 233.
  11. Мещеряков А.И., Вафин И.Ю. // Успехи прикладной физики. 2015. Т. 3. № 2. С. 145–149.
  12. Kharchev N.K., Batanov G.M., Berezhetskii M.S., Borzosekov V.D., Fedyanin O.I., Grebenshchikov S.E., Grishina I.A., Khol’nov Yu.V., Kolik L.V., Konchekov E.M., Kovrizhnykh L.M., Larionova N.F., Malakhov D.V., Meshcheryakov A.I., Petrov A.E., Pleshkov E.I., Sarksyan K.A., Shchepetov S.V., Skvortsova N.N., Stepakhin V.D., Vafin I.Yu., Vasilkov D.G. and Voronov G.S. // Plasma and Fusion Research. 2011. V. 6. 2402142.
  13. Gusakov E.Z., Popov A.Yu., Meshcheryakov A.I., Grishina I.A., Tereshchenko M.A. // Phys. Plasmas. 2023. V. 30. 122112.
  14. Щепетов С.В., Хольнов Ю.В. и Васильков Д.Г. // Физика плазмы. 2013. Т. 39. С. 151.
  15. Суворов Е.В., Фрайман А.А. // Физика плазмы. 1980. Т. 6. С. 1161–1166.
  16. Батанов Г.М., Борзосеков В.Д., Колик Л.В., Малахов Д.В., Петров А.Е., Пшеничников А.А., Сарксян К.А., Скворцова Н.Н., Харчев Н.К. // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2011. № 2. С. 70.
  17. Батанов Г.М., Борзосеков В.Д., Коврижных Л.М., Колик Л.В., Кончеков Е.М., Малахов Д.В., Петров А.Е., Сарксян К.А., Скворцова Н.Н., Степахин В.Д., Харчев Н.К. // Физика плазмы. 2013. Т. 39. С. 511.
  18. Батанов Г.М., Борзосеков В.Д., Васильков Д.Г., Колик Л.В., Кончеков Е.М., Малахов Д.В., Вафин И.Ю., Петров А.Е., Сарксян К.А., Сахаров А.С., Степахин В.Д., Харчев Н.К. // Физика плазмы. 2016. Т. 42. С. 707.
  19. Горшенин А.К., Королев В.Ю., Малахов Д.В., Скворцова Н.Н. Программа робастного анализа временных рядов длинноволновой турбулентности в тороидальных плазменных установках. Св-во 2012610645 10 января 2012.
  20. Борзосеков В.Д., Смирнов В.А. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2021617541 Российская Федерация. Программа спектрально-корреляционного и вейвлет-анализа параметров коротковолновой и длинноволновой плазменной турбулентности на стеллараторе Л-2М : № 2021615229.
  21. Васильков Д. Г., Скворцова Н.Н., Харчев Н.К. // Физика плазмы. 2023. Т. 49. C. 731.
  22. Wagner F., Baldzuhn J., Brakel R., Burhenn R., Erckmann V., Estrada T., Grigull P., Hartfuss H. J., Herre G., Hirsch M., Hofmann J.V., Jaenicke R., Rudyj A., Stroth U. and Weller A. // Plasma Phys. Control. Fusion. 1994. V. 36. A61.
  23. Vasilkov D.G., Grebenshchikov S.E., Grishina I.A., Ivanov V.A., Meshcheryakov A.I., Petrova M.N. and Kharchev N.K. // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. V. 2055. 012005.
  24. Vasil’kov D.G. and Kharchev N.K. // Plasma Physics Reports. 2023. V. 49. P. 1443.
  25. Dnestrovskij Yu.N., Melnikov A.V., Lysenko S.E., Meshcheryakov A.I., Kharchev N.K., Vasilkov D.G., Grebenshchikov S.E., Kasyanova N.V., Cherkasov S.V., Vafin I.Yu., Eliseev L.G., and Sychugov D.Yu. // Plasma Phys. Reports. 2024. V. 50. P. 552.
  26. Andreev V.F., Borschegovskij A.A., Chistyakov V.V., Dnestrovskij Yu.N., Gorbunov E.P., Kasyanova N.V., Lysenko S.E., Melnikov A.V., Myalton T.B., Roy I.N., Sergeev D.S. and Zenin V.N. Experimental study of density pump-out effect with on-axis electron cyclotron resonance heating at the T-10 tokamak // Plasma Phys. Control. Fusion 2016. V. 58. 055008.
  27. Воронов Г.С., Акулина Д.К., Батанов Г.М., Бережецкий М.С., Васильков Д.Г., Вафин И.Ю., Воронова Е.В., Гребенщиков С.Е., Гришина И.А., Колик Л.В., Ларионова Н.Ф., Логвиненко В.П., Малахов Д.В., Мещеряков А.И., Нечаев Ю.И., Петров А.Е., Сарксян К.А., Саенко В.В., Скворцова Н.Н., Федянин О.И., Харчев Н.К., Хольнов Ю.В., Щепетов С.В. // Физика плазмы. 2010. Т. 36. С. 595.
  28. Vasilkov D.G., Tereshchenko M.A. // Plasma Physics Reports. 2022. V. 48. P. 71
  29. Васильков Д.Г., Батанов Г.М., Борзосеков В.Д., Вафин И.Ю., Гребенщиков С.Е., Гришина И.А., Иванов В.А., Летунов А.А., Логвиненко В.П., Мещеряков А. И., Петрова М.Н., Степахин В.Д., Харчев Н.К., Хольнов Ю.В. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Термоядерный синтез. 2020. Т. 43. Вып. 3. С. 79.
  30. Щепетов С.В., Васильков Д.Г. // Физика плазмы. 2017. Т. 43. С. 602.
  31. Nezlin M.V., Snezhkin E.N. Rossby Vortices, Spiral Structures, Solitons. Astrophysics and Plasma Physics in Shallow Water Experiments. Springer Series in Nonlinear Dynamics. Springer-Verlag. 1993.
  32. Kharchev N.K., Skvortsova N.N., Sarksyan K.A. Stochastic structures in low-frequency plasma turbulence: measurement of characteristics and determination of general features // Journal of Mathematical Sciences. 2001. 106. P. 2691.
  33. Батанов Г.М., Бенинг В.Е., Королев В.Ю., Петров А.Е., Пшеничников А.А., Сарксян К.А., Скворцова Н.Н., Харчев Н.К., Хольнов Ю.В., Окубо К., Шимозума Т., Иошимора И., Кубо С., Санчез И., Эстрада Т., ван Миллиген Б.Ф. Структурная плазменная низкочастотная турбулентность в стеллараторах // Стохастические модели структурной плазменной турбулентности. М.: Макс Пресс. С. 92.
  34. Shchepetov S.V., Kholnov Yu.V. and Vasilkov D.G. // Journal of Physics: Conference Series. 2018. V. 1094. 012012.
  35. Skvortsova N.N., Chirkov A.Yu., Kharchevsky A.A., Malakhov D.V., Gorshenin A.K. and Korolev V.Yu. // Journal of Physics: Conference Series. 2016. V. 666. 012007.
  36. Пастухов В.П., Кирнева Н.А., Смирнов Д.В. // Физика плазмы. 2019. Т. 45. № 12. С. 1072.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Time evolution of the average electron density ne (left) and central electron temperature Te (right) for three selected regimes: a, b) spontaneous transient process; c, d) modulated power increase; d, e) modulated power decrease. The ECR heating scenario is indicated by red lines. The dotted line corresponds to the moment of the spontaneous transient process.

下载 (97KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Temporal evolution of the plasma energy time τE in the quasi-stationary discharge phase for modes with spontaneous transition (a), abrupt increase (b) and decrease in heating power (c).

下载 (94KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Spatio-temporal distribution of plasma electron density during ECR heating with the pump-out effect according to laser interferometry data.

下载 (556KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Parameters of a pulse with a spontaneous transient process: a) powers of two gyrotrons P1 (red line) and P2 (black line); b) average electron density (blue line) and plasma energy (green line); c) radiation intensities of atomic hydrogen Hα and boron ion BII lines; d) Fourier spectrum of small-angle scattering of gyrotron radiation, d) Fourier spectrum of backscattering of gyrotron radiation. The dotted line marks the moment of transition, vertical solid lines mark the moments of switching on and off of the microwave radiation of the gyrotrons.

下载 (896KB)
索引源数据
6. Fig. 5. Floating potential of the Langmuir probe in pulses with modulation of the microwave heating power. a) Oscillograms of the floating potential Vf (red line – with growth, black line – with a drop in microwave power); b) Fourier spectrum of Vf fluctuations in a pulse with an increase in power, c) Fourier spectrum of Vf fluctuations in a pulse with a drop in microwave power. The vertical dotted lines mark the moments of switching on and off the gyrotrons.

下载 (1MB)
索引源数据
7. Fig. 6. 3D Fourier spectrum of the gyrotron backscattering signal for three modes: a) pulse with a spontaneous transient process, b) pulse with an increase in microwave power, c) pulse with a decrease in microwave power. The vertical lines mark the spontaneous transition (a) and the moments of switching on and off the gyrotron microwave radiation (b, c).

下载 (815KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024