npeЯдерная физика и инжинирингNuclear Physics and Engineering2079-56292079-5637МИФИ10.56304/S2079562926010318HNMXIEnpe-613Research ArticleФизика газового разряда и плазмыGas Discharge and Plasma PhysicsИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОЛН МГЦ-ДИАПАЗОНА ДЛЯ ИЦР-ПРЕДЫОНИЗАЦИИ ПЛАЗМЫ НА МАЛОМ СФЕРИЧЕСКОМ ТОКАМАКЕ МИФИСТ-0USING MHZ-RANGE WAVES FOR ICR PRE-IONIZATION OF PLASMA AT THE SMALL SPHERICAL TOKAMAK MEPHIST-0НауменкоП. Р.NaumenkoP. R.МельниковА. В.MelnikovA. V.КратС. А.KratS. A.Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)РоссияMoscow Institute of Physics and Technology (National Research University)Russian FederationМосковский физико-технический институт (национальный исследовательский университет); Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”; Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”РоссияMoscow Institute of Physics and Technology (National Research University); National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute); National Research Centre “Kurchatov Institute”Russian FederationНациональный исследовательский ядерный университет “МИФИ”РоссияNational Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute)Russian Federation202616042026171122134Copyright © Науменко П.Р., Мельников А.В., Крат С.А., 20262026Науменко П.Р., Мельников А.В., Крат С.А.Naumenko P.R., Melnikov A.V., Krat S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://npe.elpub.ru/jour/article/view/613

В работе представлены результаты экспериментальных исследований по использованию ВЧ-волн в диапазоне частот ионно-циклотронного резонанса (ИЦР) для предыонизации плазмы на малом сферическом токамаке МИФИСТ-0. Описаны условия резонансного взаимодействия ИЦР-волны с частицами плазмы, а также основные механизмы формирования плазмы с помощью ИЦР-волн. Представлены результаты экспериментов по предыонизации, в которых варьировались частота генератора, уровень тороидального магнитного поля, состав рабочего газа. Показано, что на токамаке МИФИСТ-0 с помощью ИЦР-ионизации возможно получить стабильную низкотемпературную плазму.

The paper presents the results of experimental studies on the use of RF waves in the ion cyclotron resonance (ICR) frequency range for plasma preionization at the small spherical tokamak MEPhIST-0. The conditions of resonant interaction of the ICR wave with plasma particles, as well as the main mechanisms of plasma formation using ICR waves are described. The results of experiments on preionization are presented, in which the generator frequency, the level of the toroidal magnetic field, and the composition of the working gas were varied. It is shown that stable low-temperature plasma can be obtained at the MIFIST-0 tokamak using ICR ionization.

ион-циклотронный резонанстокамакиion-cyclotron resonancetokamaksРабота выполнена при поддержке НИР “Исследования в области взаимодействия плазмы с обращенными к плазме элементами на учебно-демонстрационной установке типа “токамак” в НИЯУ МИФИ с привлечением студентов и аспирантов”, выполняемого в рамках федерального проекта “Технологии термоядерной энергетики” национального проекта “Новые атомные и энергетические технологии”.ReferencesKingham D., Gryaznevich M. // Phys. Plasmas. 2024. V. 31. P. 042507. https://doi.org/10.1063/5.0170088Kingham D., Gryaznevich M. // Phys. Plasmas. 2024. V. 31. P. 042507. https://doi.org/10.1063/5.0170088Gryaznevich M. et al. // Nucl. Fusion. 2009. V. 49 (10). P. 104026.Gryaznevich M. et al. // Nucl. Fusion. 2009. V. 49 (10). P. 104026.Kuznetsov Yu.K. et al. // Nucl. Fusion. 2012. V. 52. P. 063004.Kuznetsov Yu.K. et al. // Nucl. Fusion. 2012. V. 52. P. 063004.Gryaznevich M. et al. // Nucl. Fusion. 2015. V. 55. P. 104019. https://doi.org/10.1088/0029-5515/55/10/104019Gryaznevich M. et al. // Nucl. Fusion. 2015. V. 55. P. 104019. https://doi.org/10.1088/0029-5515/55/10/104019Gryaznevich M.P. et al. // Plasma Sci. Technol. 2020. V. 22. P. 055102. https://doi.org/10.1088/2058-6272/ab6d4dGryaznevich M.P. et al. // Plasma Sci. Technol. 2020. V. 22. P. 055102. https://doi.org/10.1088/2058-6272/ab6d4dValovic M. et al. // Nucl. Fusion. 2009. V. 49. P. 075016.Valovic M. et al. // Nucl. Fusion. 2009. V. 49. P. 075016.Melnikov A.V. et al. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2015. V. 57. P. 065006. https://doi.org/10.1088/0741-3335/57/6/065006Melnikov A.V. et al. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2015. V. 57. P. 065006. https://doi.org/10.1088/0741-3335/57/6/065006Sarancha G. et al. // Fusion Sci. Technol. 2023. V. 79 (4). P. 432–445. https://doi.org/10.1080/15361055.2022.2148842Sarancha G. et al. // Fusion Sci. Technol. 2023. V. 79 (4). P. 432–445. https://doi.org/10.1080/15361055.2022.2148842Krat S. et al. // Fusion Sci. Technol. 2023. V. 79 (4). P. 446–464. https://doi.org/10.1080/15361055.2022.2149033Krat S. et al. // Fusion Sci. Technol. 2023. V. 79 (4). P. 446–464. https://doi.org/10.1080/15361055.2022.2149033Basu D. et al. // Nucl. Fusion. 2018. V. 58. P. 024001. https://doi.org/10.1088/1741-4326/aa9a4fBasu D. et al. // Nucl. Fusion. 2018. V. 58. P. 024001. https://doi.org/10.1088/1741-4326/aa9a4fMelnikov A.V. et al. // Fusion Eng. Design. 2015. V. 96– 97. P. 306–310. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2015.06.080Melnikov A.V. et al. // Fusion Eng. Design. 2015. V. 96– 97. P. 306–310. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2015.06.080Саранча Г.А. и др. // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2021. Т. 44 (4). С. 92.Саранча Г.А. и др. // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2021. Т. 44 (4). С. 92.Melnikov A.V. et al. // AIP Conf. Proc. 2020.V. 2254 (1). P. 070007. https://doi.org/10.1063/5.0014265Melnikov A.V. et al. // AIP Conf. Proc. 2020.V. 2254 (1). P. 070007. https://doi.org/10.1063/5.0014265Ongena J. et al. // Fusion Eng. Design. 2019. V. 146. P. 787–791. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2019.01.080Ongena J. et al. // Fusion Eng. Design. 2019. V. 146. P. 787–791. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2019.01.080Toi K. et al. // Nucl. Fusion. 1988. V. 28 (1). P. 147–156. https://doi.org/10.1088/0029-5515/28/1/012Toi K. et al. // Nucl. Fusion. 1988. V. 28 (1). P. 147–156. https://doi.org/10.1088/0029-5515/28/1/012Курнаев В.А., Воробьев Г.М., Николаева В.Е., Крат С.А., Мельников А.В., Иванов Д.П., Гаспарян Ю.М. // Ядерн. физ. инжинир. 2019. Т. 10 (1). С. 24–27. [Kurnaev V.A., Vorobyov G.M., Nikolaeva V.E., Krat S.A., Melnikov A.V., Ivanov D.P., Gasparyan Yu.M. // Phys. At. Nucl. 2019. V. 82 (10). P. 1329–1331. https://doi.org/10.1134/S1063778819100144] https://doi.org/10.1134/S2079562919010135Курнаев В.А., Воробьев Г.М., Николаева В.Е., Крат С.А., Мельников А.В., Иванов Д.П., Гаспарян Ю.М. // Ядерн. физ. инжинир. 2019. Т. 10 (1). С. 24–27. [Kurnaev V.A., Vorobyov G.M., Nikolaeva V.E., Krat S.A., Melnikov A.V., Ivanov D.P., Gasparyan Yu.M. // Phys. At. Nucl. 2019. V. 82 (10). P. 1329–1331. https://doi.org/10.1134/S1063778819100144] https://doi.org/10.1134/S2079562919010135Lyssoivan A. et al. // AIP Conf. Proc. 2009. V. 1187. P. 165–172. https://doi.org/10.1063/1.3273720Lyssoivan A. et al. // AIP Conf. Proc. 2009. V. 1187. P. 165–172. https://doi.org/10.1063/1.3273720Lyssoivan A. et al. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2012. V. 54 (7). P. 074014. https://doi.org/10.1088/0741-3335/54/7/074014Lyssoivan A. et al. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2012. V. 54 (7). P. 074014. https://doi.org/10.1088/0741-3335/54/7/074014Лыссоиван А. и др. // Вопр. атомн. науки и техн. 2010. № 6. С. 46–50.Лыссоиван А. и др. // Вопр. атомн. науки и техн. 2010. № 6. С. 46–50.Koch R., Esser H. ICRF Plasma Production and Application to Start-up and Wall Conditioning. 1998. Jülich: Forschungszentrum.Koch R., Esser H. ICRF Plasma Production and Application to Start-up and Wall Conditioning. 1998. Jülich: Forschungszentrum.Carter M.D. // Nucl. Fusion. 1990. V. 30. P. 723. https://doi.org/10.1088/0029-5515/30/4/013Carter M.D. // Nucl. Fusion. 1990. V. 30. P. 723. https://doi.org/10.1088/0029-5515/30/4/013Lyssoivan A. et al. // AIP Conf. Proc. 2014. V. 1580. P. 287–290 (2014). https://doi.org/10.1063/1.4864544Lyssoivan A. et al. // AIP Conf. Proc. 2014. V. 1580. P. 287–290 (2014). https://doi.org/10.1063/1.4864544Lyssoivan A. et al. // J. Nucl. Mater. 2005. V. 337. P. 456–460. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2004.07.060Lyssoivan A. et al. // J. Nucl. Mater. 2005. V. 337. P. 456–460. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2004.07.060Paul M.K. et al. // Fusion Eng. Des. 2013. V. 88 (1). P. 51–56. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2012.10.007Paul M.K. et al. // Fusion Eng. Des. 2013. V. 88 (1). P. 51–56. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2012.10.007Douai D. et al. // Proc. 36th EPS Conf. Plasma Physics. June 29–July 3, 2009. Sofia, Bulgaria. 2009. European Physical Society (EPS). V. 33E. P. 1275.Douai D. et al. // Proc. 36th EPS Conf. Plasma Physics. June 29–July 3, 2009. Sofia, Bulgaria. 2009. European Physical Society (EPS). V. 33E. P. 1275.Luo J.R. et al. // Plasma Sci. Technol. 2001. V. 3 (4). P. 845–850. https://doi.org/10.1088/1009-0630/3/4/002Luo J.R. et al. // Plasma Sci. Technol. 2001. V. 3 (4). P. 845–850. https://doi.org/10.1088/1009-0630/3/4/002Kulkarni S. et al. Resonant and Non-Resonant Type Pre-Ionization and Current Ramp-up Experiments on Tokamak Aditya in the Ion Cyclotron Frequency Range. IAEA Fusion Energy Conference (FEC-2012). 2012. P. EX/P17.Kulkarni S. et al. Resonant and Non-Resonant Type Pre-Ionization and Current Ramp-up Experiments on Tokamak Aditya in the Ion Cyclotron Frequency Range. IAEA Fusion Energy Conference (FEC-2012). 2012. P. EX/P17.Tripský M. et al. // AIP Conf. Proc. 2015. V. 1689. P. 060009. https://doi.org/10.1063/1.4936507Tripský M. et al. // AIP Conf. Proc. 2015. V. 1689. P. 060009. https://doi.org/10.1063/1.4936507Tanaka S. et al. // Nucl. Fusion. 1993. V. 33 (3). P. 505. https://doi.org/10.1088/0029-5515/33/3/I13Tanaka S. et al. // Nucl. Fusion. 1993. V. 33 (3). P. 505. https://doi.org/10.1088/0029-5515/33/3/I13Shepard D.A. Discharge Initiation Experiments in the Tokapole II Tokamak. 1984. Madison: Wisconsin Univ.Shepard D.A. Discharge Initiation Experiments in the Tokapole II Tokamak. 1984. Madison: Wisconsin Univ.Уласевич Д.Л. и др. // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2022. Т. 45 (1). С. 98–107 https://doi.org/10.21517/0202-3822-2022-45-1-98-107Уласевич Д.Л. и др. // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2022. Т. 45 (1). С. 98–107 https://doi.org/10.21517/0202-3822-2022-45-1-98-107Курнаев В.А., Николаева В.Е., Воробьев Г.М., Гаспарян Ю.М., Иванов Д.П., Крат С.А., Мельников А.В. // Вестник НИЯУ МИФИ. 2023. Т. 8 (6). С. 491–497.Курнаев В.А., Николаева В.Е., Воробьев Г.М., Гаспарян Ю.М., Иванов Д.П., Крат С.А., Мельников А.В. // Вестник НИЯУ МИФИ. 2023. Т. 8 (6). С. 491–497.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.