Диагностический инжектор атомов водорода для стелларатора Wendelstein 7-X.

Диагностический инжектор атомов водорода
для стелларатора Wendelstein 7-X.
Лаб. 9-0: Абдрашитов Г.Ф., Давыденко В.И., Дейчули П.П., Иванов А.А.,
Капитонов В.А., Подыминогин А.А., Шиховцев И.В.
Лаб. 6-0: Авербух И.И., Колмогоров В.В., Медведко А.С., Шубин Е.И.
Лаб. 1-4: Драничников А.Н.
НКО: Дергачева О.М., Горбовский А.И., Кремянский В.Я., Мишагин В.В.,
Рухляда Л.П., Хрестолюбов В.С.
План доклада
 Введение
 Конструкция и параметры диагностического инжектора
 Ионный источник диагностического инжектора
 Прототип плазменного эмиттера на основе ВЧ разряда
 Исследование одноапертурной щелевой ИОС
 Заключение
Проект стелларатора Wendelstein 7-X
диаметр стелларатора
большой радиус плазмы
малый радиус плазмы
магнитное поле на оси
температура плазмы
16 м
5.5 м
0.53 м
до 3Т
до 10 кэВ
длительность работы
ECR нагрев плазмы, 10MW
ICR нагрев плазмы, 4MW
NBI нагрев плазмы, 5MW
плотность плазмы
30 мин
30 мин
10 сек
10 сек
до 3*10^20 м-3
Проект стелларатора Wendelstein 7-X
(плазма и магнитные катушки)
Основные параметры диагностического инжектора
Рабочий газ
Энергия пучка
Ионный ток (H2)
Плотность ионного тока эмиттера
Эквивалентный ток атомов с полной энергией
Начальный диаметр пучка
Тип плазменного эмиттера
Рабочая частота
Поглощаемая ВЧ-мощность
Ионно-оптическая система
Угловая расходимость пучка
Длительность импульса
Режим работы инжектора
Содержание атомов с полной энергией (по току)
Н2 ( D2 , He)
до 60 кэВ
~ 10 А
~100 мА/см^2
>2.5 А
20 cм
ВЧ-разряд
~4 МГц
< 20 кВт
4x-электродная / щелевая
~0.7°
до 10 с
модулированный
~(65-75)%
Диагностический инжектор
Общий вид диагностического инжектора:
1 - ионный источник; 2 - юстировочное устройство и шибер;
3 - нейтрализатор; 4 - отклоняющий магнит; 5 - прицельная мишень;
6 - подвижной калориметр; 7 - вакуумный объем; 8 - крионасосы.
Диагностический инжектор на стеллараторе W7-X
Высокочастотный ионный источник
Ионный источник:
1 - плазменная камера;
2 - магнитная стенка;
3 - ионно-оптическая система;
4 - экраны с пермаллоем;
5 - внешний железный экран.
Ионный источник
6 метров
Проект щелевой ионно-оптической системы
Центральная часть плазменной сетки
Прототип плазменного эмиттера
Плазменный эмиттер: 1 - керамическая разрядная
камера; 2 - антенна; 3 - подвод газа; 4 - поджиг; 5 постоянные магниты; 6 - магнитная стенка.
Плазменная камера ионного источника инжектора RuDI
(внутренняя поверхность покрыта пластинами из ПНБ)
Плазменная камера
Профиль плотности ионного тока эмиттера
2
J,mA/cm
100
80
60
40
20
0
-120 -100 -80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100 120
R,mm
Основные параметры ВЧ разряда
•Рабочая частота
4 МГц
•Потребляемая плазмой мощность
~ 11 кВт
•Амплитуда ВЧ-напряжения на антенне
4 кВ
Электроды одноапертурной щелевой ИОС
Геометрия одноапертурной щелевой ИОС
1
2
3
4
Отверстие 4х20 мм, толщина электродов 2 мм, 4 мм, 4 мм, 2 мм,
зазоры 2.6 мм, 7 мм, 1 мм. (Фаски и зазоры, как у ИОС
инжектора RuDI).
Угловая расходимость пучка перпендикулярно щели

1,1
1,0
o
49,5kV
6.6kV
o
49,5kV
50mA
8.4kV
7kV
1,0

0,9
7.4kV
70mA
55mA
0,9
0,8
7.8kV
0,8
0,7
60mA
65mA
0,7
0,6
0,6
0,5
0,5
40
45
50
55
60
65
70
75
I,mA
Зависимость
угловой
расходимости
пучка поперек щели от тока пучка при
различных вытягивающих напряжениях.
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
8,5
9,0
U,kV
Зависимость
угловой
расходимости
пучка от вытягивающего напряжения при
различных токах пучка.
Угловая расходимость пучка вдоль щели
(оценка температуры ионов в разряде)
Красные точки - экспериментальные данные
Красная линия - сумма двух гауссовых кривых
(зеленая и синие линии)
Зеленая соответствует расходимости 0.4° (2.3 эВ)
Синяя соответствует расходимости 0.2° (0.6 эВ)
Среднеквадратичная расходимость 0.35°
Спасибо за внимание.