QUASI-OPTICAL SIMULATIONS OF SCENARIOS WITH THE SECOND HARMONIC ELECTRON CYCLOTRON PLASMA HEATING AT THE GDT FACILITY

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The absorption of microwave radiation in the GDT open magnetic trap (Budker Institute of Nuclear Physics) was studied using a new scheme of electron cyclotron resonance plasma heating at the second harmonic, in which radiation in the form of the extraordinary wave was launched almost transverse to the plasma column. When performing numerical simulations, the full-aberration quasi-optical approach was used, which was verified using the first experimental data, obtained at the facility. The optimal scenarios using the new heating system were analyzed. It was found that in the current configuration, the total efficiency of microwave heating does not exceed 60This occurs due to the tangential reflection of heating radiation from the resonance region; this is a wave effect that was previously not taken into account within the framework of the geometric-optics approximation. It was shown that heating at the second harmonic does not result in excitation of the “overheating” instability of the electron component observed during heating at the first harmonic; on the whole, the wide power deposition profile is formed in this case. This is an advantage of the new scheme, since it makes it possible to avoid the development of MHD plasma instabilities associated with peaked power release at the axis of the plasma column.

About the authors

T. A. Khusainov

Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics, Russian Academy of Sciences

Email: hta@appl.sci-nnov.ru
Nizhny Novgorod, 603950 Russia

A. A. Balakin

Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics, Russian Academy of Sciences

Nizhny Novgorod, 603950 Russia

E. D. Gospodchikov

Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics, Russian Academy of Sciences

Nizhny Novgorod, 603950 Russia

A. L. Solomakhin

Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics, Russian Academy of Sciences; Budker Institute of Nuclear Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Nizhny Novgorod, 603950 Russia; Novosibirsk, 630090 Russia

A. G. Shalashov

Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics, Russian Academy of Sciences

Email: ags@ipfran.ru
Nizhny Novgorod, 603950 Russia

References

  1. Bagryansky P.A., Gospodchikov E.D., Ivanov A.A., Lizunov A.A., Kolesnikov E.Yu., Konshin Z.E., Korobeynikova A.A., Kovalenko Yu.V., Maximov V.V., Murakhtin S.V., Pinzhenin E.I., Prikhodko V.V., Savkin V.Ya., Shalashov A.G., Skovorodin D.I., Soldatkina E.I., Solomakhin A.L., Yakovlev D.V. // Plasma Fusion Research. 2019. V. 14. P. 2402030. doi: 10.1585/pfr.14.2402030.
  2. Gota H., Binderbauer M.W., Tajima T., Smirnov A., Putvinski S., Tuszewski M., Dettrick S.A., Gupta D.K., Korepanov S., Magee R.M., Park J., Roche T., Romero J.A., Trask E., Yang X., Yushmanov P., Zhai K., DeHaas T., Griswold M.E., Gupta S., Abramov S., Alexander A., Allfrey I., Andow R., Barnett B., Beall M., Bolte N.G. et al. // 2021. Nucl. Fusion. V. 61. P. 106039. doi: 10.1088/1741-4326/ac2521.
  3. Yakovlev D., Chen Z., Bagryansky P., Bragin A., Kotelnikov I., Kuzmin E., Prikhodko V., Shikhovtsev I., Usov P., Wang Z., Zeng Q., Dong L., Zhang K., Ivanov A., Yu J. // Nucl. Fusion. 2022. V. 62. P. 076017. doi: 10.1088/1741-4326/ac5224.
  4. Сковородин Д.И., Черноштанов И.С., Амиров В.Х., Астрелин В.Т., Багрянский П.А., Беклемишев А.Д., Бурдаков А.В., Горбовский А.И., Котельников И.А., Магоммедов Э.М., Полосаткин С.В., Поступаев В.В., Приходько В.В., Савкин В.Я., Солдаткина Е.И., Соломахин А.Л., Сорокин А.В., Судников А.В., Христо М.С., Шиянков С.В., Яковлев Д.В., Щербаков В.И. // Физика плазмы. 2023. Т. 49(9). С. 831. doi: 10.31857/S0367292123600322.
  5. Endrizzi D., Anderson J.K., Brown M., Egedal J., Geiger B., Harvey R.W., Ialovega M., Kirch J., Peterson E., Petrov Yu.V., Pizzo J., Qian T., Sanwalka K., Schmitz O., Wallace J., Yakovlev D., Yu M., Forest C.B. // J. Plasma Phys. 2023. V. 89(5). P. 975890501. doi: 10.1017/S0022377823000806.
  6. Simonen T. C., Horton R. // Nucl. Fusion. 1989. V. 29. P. 1373. Doi : 10.1088/0029-5515/29/8/012.
  7. Bagryansky P.A., Demin S.P., Gospodchikov E.D., Kovalenko Yu.V., Malygin V.I., Murakhtin S.V., Savkin V.Ya., Shalashov A.G., Smolyakova O.B., Solomakhin A.L., Thumm M., Yakovlev D.V. // Fusion Science Technol. 2013. V. 63(1T). P. 40. doi: 10.13182/FST13-A16871.
  8. Bagryansky P.A., Shalashov A.G., Gospodchikov E.D., Lizunov A.A., Maximov V.V., Prikhodko V.V., Soldatkina E.I., Solomakhin A.L., Yakovlev D.V. // Phys. Rev. Lett. 2015. V. 114. P. 205001. doi: 10.1103/PhysRevLett.114.205001.
  9. Bagryansky P.A., Anikeev A.V., Denisov G.G., Gospodchikov E.D., Ivanov A.A., Lizunov A.A., Kovalenko Yu.V., Malygin V.I., Maximov V.V., Korobeinikova O.A., Murakhtin S.V., Pinzhenin E.I., Prikhodko V.V., Savkin V.Ya., Shalashov A.G., Smolyakova O.B., Soldatkina E.I., Solomakhin A.L., Yakovlev D.V., Zaytsev K.V. // Nucl. Fusion. 2015. V. 55. P. 053009. doi: 10.1088/0029-5515/55/5/053009.
  10. Bagryansky P.A., Demin S.P., Gospodchikov E.D., Kovalenko Yu.V., Malygin V.I., Murakhtin S.V., Savkin V.Ya., Shalashov A.G., Smolyakova O.B., Solomakhin A.L., Thumm M., Yakovlev D.V. // Fusion Science Technol. 2015. V. 68. P. 87. doi: 10.13182/FST14-864.
  11. Yakovlev D.V., Shalashov A.G., Gospodchikov E.D., Maximov V.V., Prikhodko V.V., Savkin V.Ya., Soldatkina E.I., Solomakhin A.L., Bagryansky P.A. // Nucl. Fusion. 2018. V. 58. P. 094001. doi: 10.1088/1741-4326/aacb88.
  12. Shalashov A.G., Gospodchikov E.D., Smolyakova O.B., Bagryansky P.A., Malygin V.I., Thumm M. // Phys. Plasmas. 2012. V. 19. P.052503. doi: 10.1063/1.4717757.
  13. Соломахин А.Л., Господчиков Е.Д., Лизунов А.А., Лубяко Л.В., Пинженин Е.И., Смолякова О.Б., Шалашов А.Г. // Тезисы LI Междунар. (Звенигородской) конфер. по физике плазмы и УТС, 18–22 марта 2024. ICPAF-2024. С. 119. doi: 10.34854/ICPAF.51.2024.1.1.081.
  14. Shalashov A.G., Gospodchikov E.D. // Phys. Usp. 2022. V. 65. P. 1303. https://doi.org/10.3367/UFNe.2021.09.039068.
  15. Balakin A.A., Balakina M.A., Smirnov A.I., Permitin G.V. // Plasma Phys. Rep. 2007. V. 33. P. 302. doi: 10.1134/S1063780X07040058.
  16. Balakin A.A. // Radiophysics and Quantum Electronics. 2012. Т. 55. С. 472. doi: 10.1007/s11141-012-9383-z.
  17. Balakin A.A., Gospodchikov E.D., Shalashov A.G. // Jetp Lett. 2016. V. 104. P. 690. doi: 10.1134/S0021364016220057.
  18. Shalashov A.G., Balakin A.A., Khusainov T.A., Gospodchikov E.D., Solomakhin A.L. // J. Experimental Theoret. Phys. 2017. Т. 124. С. 325. doi: 10.1134/S1063776117010162.
  19. Shalashov A.G., Gospodchikov E.D., Khusainov T.A. // Plasma Phys. Rep. 2022. V. 48. P. 1125. doi: 10.1134/S1063780X22601237.
  20. Shalashov A.G., Balakin A.A., Gospodchikov E.D., Khusainov T.A. // Phys. Plasmas. 2016. V. 23. P. 112504. doi: 10.1063/1.4967765.
  21. Shalashov A.G., Gospodchikov E.D., Khusainov T.A., Solomakhin A.L., Yakovlev D.V., Bagryansky P.A. // Nucl. Fusion. 2022. V. 62. P. 124001. doi: 10.1088/1741-4326/ac9293.
  22. Shalashov A.G., Gospodchikov E.D., Khusainov T.A., Lubyako L.V., Solomakhin A.L., Viktorov M.E. // J. Instrumentation. 2021. V. 16 P. 07007. doi: 10.1088/1748-0221/16/07/P07007.
  23. Gospodchikov E.D., Khusainov T.A., Shalashov A.G. // Plasma Phys. Rep. 2022. V. 48. P. 229. doi: 10.1134/S1063780X22030060.
  24. Shalashov A.G., Gospodchikov E.D., Lubyako L.V., Khusainov T.A., Solomakhin A.L., Viktorov M.E. // Radiophysics Quantum Electronics. 2022. V. 65. P. 323. doi: 10.1007/s11141-023-10216-4.
  25. Shalashov A.G., Gospodchikov E.D., Khusainov Т.А., and Solomakhin A.L. // Rev. Sci. Instrum. 2023. V. 94. P. 123506. doi: 10.1063/5.0175160.
  26. Ivanov A.A., Prikhodko V.V. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2013. V. 55. P. 063001. doi: 10.1088/0741-3335/55/6/063001.
  27. Иванов А.А., Приходько В.В. // УФН 2017. Т. 187. С. 547. doi: 10.3367/UFNr.2016.09.037967.
  28. Lizunov A., Berbasova T., Khilchenko A., Kvashnin A., Puryga E., Sandomirsky A., Zubarev P. // Rev. Sci. Instrum. 2023. V. 94(3). P. 033509. doi: 10.1063/5.0123329.
  29. Кирнева Н.А., Борщеговский А.А., Куянов А.Ю., Пименов И.С., Рой И.Н. // ВАНТ Сер. Термоядерный синтез. 2021. Т. 44. С. 24. doi: 10.21517/0202-3822-2021-44-3-24-36.
  30. Balakin A.A., Balakina M.A., Westerhof E. // Nuclear Fusion. 2008. V. 48. P. 065003. doi: 10.1088/0029-5515/48/6/065003.
  31. Stix T.H. The Theory of Plasma Waves. New York: McGraw-Hill, 1962
  32. Gospodchikov E.D., Suvorov E.V. // Radiophysics Quantum Electronics. 2005. V. 48. P. 569. doi: 10.1007/s11141-005-0101-y.
  33. Sakharov A.S. // Plasma Phys. Rep. 2017. V. 43. P. 1065. doi: 10.1134/S1063780X17110083.
  34. Shkarofsky I.P. // J. Plasma Physics. 1986. V. 35. P. 319. doi: 10.1017/S0022377800011363.
  35. Balakin A.A., Gospodchikov E. D. // J. Phys. B: Atomic, Molecular, Opt. Phys. 2015. V. 48. P. 215701. doi: 10.1088/0953-4075/48/21/215701.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».