Plasma diagnostics in T-15MD divertor: tasks, problems, and implementation possibilities

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The article considers different methods of divertor plasma diagnostics planned for using in the T-15MD tokamak. Technical problems arising during operation of optical systems in the divertor zone are discussed, including degradation of in-vessel optical elements. The main attention is paid to the conceptual design of the “Passive Spectroscopy in Divertor” diagnostic system. The optical system, including in-vessel mirrors, and methods for protecting its components from the negative effects of plasma are described in detail. Using synthetic diagnostics and numerical simulation methods, the possibility of solving the problem of tomographic reconstruction of the two-dimensional profile of plasma radiation in the T-15MD divertor is demonstrated. Based on the results presented, it was concluded that passive spectroscopy can be used for obtaining data on plasma parameters in the divertor with good spatial resolution, which will make it possible to study the physics of processes and monitor the operation of the T-15MD divertor, including the operation in detachment regime.

About the authors

K. Yu. Vukolov

National Research Center “Kurchatov Institute”; Bauman Moscow State Technical University

Author for correspondence.
Email: vukolov_ky@nrcki.ru
Russian Federation, Moscow; Moscow

E. N. Andreenko

National Research Center “Kurchatov Institute”

Email: vukolov_ky@nrcki.ru
Russian Federation, Moscow

M. Yu. Buzmakov

National Research Center “Kurchatov Institute”; Bauman Moscow State Technical University

Email: vukolov_ky@nrcki.ru
Russian Federation, Moscow; Moscow

V. S. Neverov

National Research Center “Kurchatov Institute”

Email: vukolov_ky@nrcki.ru
Russian Federation, Moscow

I. I. Orlovskiy

National Research Center “Kurchatov Institute”

Email: vukolov_ky@nrcki.ru
Russian Federation, Moscow

Yu. I. Tolpegina

National Research Center “Kurchatov Institute”

Email: vukolov_ky@nrcki.ru
Russian Federation, Moscow

D. A. Fedorov

National Research Center “Kurchatov Institute”

Email: vukolov_ky@nrcki.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Хвостенко П.П., Анашкин И.О., Бондарчук Э.Н., Инютин Н.В., Крылов В.А., Левин И.В., Минеев А.Б., Соколов М.М. // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2019. Т. 42. Вып. 1. С. 15. https://doi.org/10.21517/0202-3822-2019-42-1-15-38.
  2. Theiler C., Lipschultz B., Harrison J., Labit B., Reimerdes H., Tsui C., Vijvers W.A.J., Boedo J.A. Duval B.P., Elmore S., Innocente P., Kruezi U., Lunt T., Maurizio R., Nespoli F., Sheikh U., Thornton A.J., van Limpt S.H.M., Verhaegh K., Vianello N., TCV team and the EUROfusion MST1 team // Nucl. Fusion. 2017. V. 57. P. 072008. https://doi.org/10.1088/1741-4326/aa5fb7.
  3. De Oliveira H., Theiler C., Elaian H., TCV Team // Rev. Sci. Instrum. 2021. V. 92. P. 043547. https://doi.org/10.1063/5.0043523.
  4. Хромов Н.А., Векшина Е.О., Гусев В.К., Литуновский Н.В., Патров М.И., Петров Ю.В., Сахаров Н.В. // ЖТФ. 2021. Т. 91. № 3. С. 421. https://doi.org/10.21883/JTF.2021.03.50518.227-20.
  5. Сарычев Д.В., Соловьев Н.А., Диас-Михайлова Д.Е., Плоскирев Е.Г., Орловский Д.А., Сергеев Д.С. // 51-я Международная Звенигородская конференция по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, 2024, г. Звенигород: Сб. тез. докл. М.: АО НТЦ “ПЛАЗМАИОФАН”, 2024. С. 292. doi: 10.34854/ICPAF.51.2024.1.1.241.
  6. Mukhin E.E., Kurskiev G.S., Gorbunov A.V., Samsonov D.S., Tolstyakov S.Yu., Razdobarin A.G., Babinov N.A., Bazhenov A.N., Bukreev I.M., Dmitriev A.M., Elets D.I., Koval A.N., Litvinov A.E., Masyukevich S.V., Senitchenkov V.A., Solovei V.A., Tereschenko I.B., Varshavchik L.A., Kukushkin A.S., Khodunov I.A., Levashova M.G., Lisitsa V.S., Vukolov K.Yu., Berik E.B., Chernakov P.V., Chernakov Al.P., Chernakov An.P., Zatilkin P.A., Zhiltsov N.S., Krivoruchko D.D., Skrylev A.V., Mokeev A.N., Andrew P., Kempenaars M., Vayakis G., Walsh M.J. // Nucl. Fusion. 2019. V. 59. P. 086052. https://doi.org/10.1088/1741-4326/ab1cd5.
  7. Arnichand H., Andrebe Y., Blanchard P., Antonioni S., Couturier S., Decker J., Duval B.P., Felici F., Galperti C., Isoz P.-F., Lavanchy P., Llobet X., Marletaz B., Marmillod P., Masur J. // Journal of Instrumentation. 2019. V. 14. P. C09013. https://doi.org/10.1088/1748-0221/14/09/C09013.
  8. Ravensbergen T., van Berkel M., Silburn S.A., Harrison J.R., Perek A., Verhaegh K., Vijvers W.A.J., Theiler C., Kirk A., de Baar M.R. and the EUROfusion MST1 team // Nucl. Fusion. 2020. V. 60. P. 066017. https://doi.org/10.1088/1741-4326/ab8183.
  9. Harrison J.R., Vijvers W.A.J., Theiler C., Duval B.P., Elmore S., Labit B., Lipschultz B., van Limpt S.H.M., Lisgo S.W., Tsui C.K., Reimerdes H., Sheikh U., Verhaegh K.H.A., Wischmeier M., the MST1 and TCV Teams // Nuclear Materials and Energy. 2017. V. 12. P. 1071. https://doi.org/10.1016/j.nme.2016.10.020.
  10. Verhaegh K., Lipschultz B., Duval B.P., Harrison J.R., Reimerdes H., Theiler C., Labit B., Maurizio R., Marini C., Nespoli F., Sheikh U., Tsui C.K., Vianello N., Vijvers W.A.J., TCV team and the EUROfusion team // Nuclear Materials and Energy. 2017. V. 12. P. 1112. https://doi.org/10.1016/j.nme.2017.01.004.
  11. Krasheninnikov S.I., Kukushkin A.S., Pshenov A.A. // Phys. Plasmas. 2016. V. 23. P. 055602. https://doi.org/10.1063/1.4948273.
  12. Karhunen J., Lomanowski B., Solokha V., Aleiferis S., Carvalho P., Groth M., Lawson K.D., Meigs A.G., Shaw A. and JET Contributors // Plasma Phys. Control. Fusion. 2021. V. 63. P. 085018. https://doi.org/10.1088/1361-6587/ac0b9e.
  13. Karhunen J., Holm A., Lomanowski B., Solokha V., Aleiferis S., Carvalho P., Groth M., Lawson K.D., Meigs A.G., Shaw A and JET Contributors // Plasma Phys. Control. Fusion. 2022. V. 64. P. 075001. https://doi.org/10.1088/1361-6587/ac6ae3
  14. Linehan B.L., Mumgaard R.T., Wensing M., Verhaegh K., Andrebe Y., Harrison J.R., Duval B.P., Theiler C., TCV team // Rev. Sci. Instrum. 2018. V. 89. P. 103503. https://doi.org/10.1063/1.5058224.
  15. Perek A., Vijvers W.A.J., Andrebe Y., Classen I.G.J., Duval B.P., Galperti C., Harrison J.R., Linehan B.L., Ravensbergen T., Verhaegh K., de Baar M.R., EUROfusion MST1 Teams // Rev. Sci. Instrum. 2019. V. 90. P. 123514. https://doi.org/10.1063/1.5115569.
  16. Vijvers W.A.J., Mumgaard R.T., Andrebe Y., Classen I.G.J., Duval B.P., Lipschultz B. // Journal of Instrumentation. 2017. V. 12. P. C12058. https://doi.org/10.1088/1748-0221/12/12/C12058.
  17. Алексеев А.Г., Забродский В.В., Сарычев Д.В., Соловьев Н.А., Сушков А.В. // Физика плазмы. 2022. T. 48. C. 1206. https://doi.org/10.31857/S0367292122601035.
  18. Толпегина Ю.И., Горбунов А.В., Ялынская Н.Д., Тимохин В.М., Сергеев В.Ю., Горшков А.В. // 50-я Международная Звенигородская конференция по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, 2023, г. Звенигород: Сб. тез. докл. М.: АО НТЦ “ПЛАЗМАИОФАН”, 2023. С. 101. doi: 10.34854/ICPAF.2023.50.2023.1.1.057.
  19. Криворучко Д.Д., Горбунов А.В., Пшенов А.А., Панфилов Д.С. // Физика плазмы. 2023. Т. 49. С. 545. https://doi.org/10.31857/S0367292123600152.
  20. Толпегина Ю.И., Горшков А.В., Асадулин Г.М., Бельбас И.С., Горбунов А.В., Криворучко Д.Д., Пшенов А.А. // 19-я Всероссийская конференция “Диагностика высокотемпературной плазмы”, 2021, г. Сочи: Сб. тезисов докладов. С. 142.
  21. Eckstein W. // Sputtering by Particle Bombardment, Topics Appl. Physics. 2007. V. 110. P. 33. https://doi.org/10.1007/978-3-540-44502-9_3.
  22. Wisse M., Eren B., Marot L., Steiner R., Meyer E. // Rev. Sci. Instrum. 2012. V. 83. P. 013509. https://doi.org/10.1063/1.3678640.
  23. Litnovsky A., Wienhold P., Philipps V., Sergienko G., Schmitz O., Kirschner A., Kreter A., Droste S., Samm U., Mertens Ph., Donné A.H., TEXTOR Team, Rudakov D., Allen S., Boivin R., McLean A., Stangeby P., West W., Wong C., DIII-D Team, Lipa M., Schunke B., Tore-Supra Team, De Temmerman G., Pitts R., TCV Team, Costley A., Voitsenya V., Vukolov K., Oelhafen P., Rubel M., Romanyuk A. // J. Nuclear Materials. 2007. V. 363. P. 1395. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2007.01.281.
  24. Vukolov K.Yu., Guseva M.I., Evstigneev S.A., Medvedev A.A., Zvonkov S.N. // Plasma Devices and Operations. 2004. V. 12. №. 3. P. 193. https://doi.org/10.1080/1051999042000238040.
  25. Litnovsky A., Rudakov D.L., De Temmerman G., Wienhold P., Philipps V., Samm U., McLean A.G., West W.P., Wong C.P.C., Brooks N.H., Watkins J.G., Wampler W.R., Stangeby P.C., Boedo J.A., Moyer R.A., Allen S.L., Fenstermacher M.E., Groth M., Lasnier C.J., Boivin R.L., Leonard A.W., Romanyuk A., Hirai T., Pintsuk G., Breuer U., Scholl A. // Fusion Eng. Des. 2008. V. 83. P. 79. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2007.06.042.
  26. Garcia-Carrasco A., Petersson P., Rubel M., Widdowson A., Fortuna-Zalesna E., Jachmich S., Brix M., Marot L. // Nuclear Materials and Energy. 2017. V. 12. P. 506. https://doi.org/10.1016/j.nme.2016.12.032.
  27. Bardamid A.F., Vukolov K.Yu., Konovalov V.G., Naidenkova D.I., Rogov A.V., Ryzhkov I.V., Shapoval A.N., Shtan A.F., Solodovchenko S.I., Voitsenya V.S., Yakimov K.I. // Plasma Devices and Operations. 2006. V. 14. P. 159. https://doi.org/10.1080/10519990600673821.
  28. Soni K., Moser L., Steiner R., Mathys D., Le Guern F., Piqueras J., Marot L., Meyer E. // Nuclear Materials and Energy. 2019. V. 21. P. 100702. https://doi.org/10.1016/j.nme.2019.100702.
  29. Рогов А.В., Капустин Ю.В., Мартыненко Ю.В. // ЖТФ. 2021. Т. 91. Вып. 9. С. 1369. http://dx.doi.org/10.21883/JTF.2021.09.51216.37-21.
  30. Vukolov K.Yu., Mukhammedzyanov T.R., Andreenko E.N., Arkhipov I.I., Orlovskiy I.I., Tobengauz A.M., Vukolov D.K. // Fusion Eng. Des. 2013. V. 88. P. 1280. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2013.03.015.
  31. Moon S., Petersson P., Rubel M., Fortuna-Zalesna E., Widdowson A., Jachmich S., Litnovsky A., Alves E. // Nuclear Materials and Energy. 2019. V. 19. P. 59. https://doi.org/10.1016/j.nme.2019.02.009.
  32. Андреенко Е.Н., Орловский И.И., Алексеев А.Г., Морозов А.А. // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2019. Т. 42. Вып. 3. С. 13. https://doi.org/10.21517/0202-3822-2019-42-3-13-24.
  33. Орловский И.И., Вуколов К.Ю., Андреенко Е.Н., Алексеев А.Г. // 50-я Международная Звенигородская конференция по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, 2023, г. Звенигород: Сб. тез. докл. М.: АО НТЦ “ПЛАЗМАИОФАН”, 2023. С. 294. doi: 10.34854/ICPAF.2023.50.2023.1.1.238.
  34. Рогов А.В., Капустин Ю.В. // Успехи прикладной физики. 2016. Т. 4. №3. С. 240.
  35. Litnovsky A., De Temmerman G., Vukolov K., Wienhold P., Philipps V., Schmitz O., Samm U., Sergienko G., Oelhafen P., Büttner M., Orlovskiy I., Yastrebkov A., Breuer U., Scholl A. // Fusion Eng. Des. 2007 V. 82. P. 123. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2006.07.095.
  36. Alekseev A., Andreenko E., Orlovskiy I., Gorshkov A., Akhtyrsky S., Kozlov A., Smekalin V., Ulyanitskiy V., Khmelnitsky R., Evlashin S., Eberle S. // Fusion Eng. Des. 2019. V. 146. P. 144. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2018.12.002.
  37. Вуколов К.Ю., Мухаммедзянов Т.Р., Звонков С.Н., Свечников Н.Ю., Станкевич В.Г., Архипов И.И., Раджаратнам Д. // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2010. Т. 33. Вып. 4. С. 13. http://dx.doi.org/10.21517/0202-3822-2010-33-4-13-20.
  38. Gorshkov A.V., Alekseev A.G., Andreenko E.N., Asadulin G.M., Ageorges N., Kampf D., Naumenko N.N. // Fusion Eng. Des. 2019. V. 146. P. 329. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2018.12.061.
  39. Неверов В.С., Андреенко Е.Н., Ахтырский С.В., Земцов И.А., Крупин В.А., Кукушкин А.Б., Немец А.Р., Нургалиев М.Р., Пшенов А.А. // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2023. Т. 46. Вып.2. С. 23. doi: 10.21517/0202-3822-2023-46-2-23-37.
  40. Carr M., Meakins A., Bernert M., David P., Giroud C., Harrison J., Henderson S., Lipschultz B., Reimold F., EUROfusion MST1 Team and ASDEX Upgrade Team // Rev. Sci. Instrum. 2018. V. 89. P. 083506. https://doi.org/10.1063/1.5031087; https://cherab.info.
  41. Meakins A., Carr M. // Raysect/source: v0.7.0 Release. Version v0.7.0. Zenodo. 2020. https://doi.org/10.5281/zenodo.1341346; https://raysect.org.
  42. Kukushkin A.S., Pacher H.D., Kotov V., Pacher G.W., Reiter D. // Fusion Eng. Des. 2011. V. 86. P. 2865. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2011.06.009.
  43. Summers H.P. The ADAS User Manual. 2004. Version 2.6. http://www.adas.ac.uk; https://open.adas.ac.uk/.
  44. Lomanowski B.A., Meigs A.G., Sharples R.M., Stamp M., Guillemaut C. and JET Contributors // Nucl. Fusion 55 (2015) 123028, http://dx.doi.org/10.1088/0029-5515/55/12/123028
  45. Neverov V.S., Khusnutdinov R.I., Alekseev A.G., Carr M., De Bock M., Kukushkin A.B., Lovell J., Meakins A., Pitts R., Polevoi A.R., Veshchev E // Plasma Phys. Control. Fusion. 2020. V. 62. P. 115014. https://doi.org/10.1088/1361-6587/abb53b.
  46. Andersen A.H., Kak A.C. // Ultrasonic Imaging. 1984. V. 6. P. 81. https://doi.org/10.1177/016173468400600107.

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».