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Investigation of a stationary plasma in a magnetic field

F. Boeschoten, F. Schwirzke1960年被引用 17Nuclear FusionIF 3出版社

A plasma is studied in an experimental arrangement called CABINET, which consists of a duoplasmatron as plasma source at one end and a 8000 litre/sec diffusion pump at the other end of a glass cylinder surrounded by magnetic field coils. The plasma drifts continuously along the axis into a magnetic bottle, the maximum magnetic induction in the centre being 4000 gauss. The plasma (mainly hydrogen) was studied in two pressure ranges.In the first pressure range, p = 10−5 torr (L ≪ λi) and Te ≃ 12 eV, Ti∼10 eV, ne (at centre) up to 2 × 1010 cm−3. Large radial electric fields are present, varying from ∼-100 V/cm (at r = 1 cm) to +10 V/cm (at r=3 cm). Azimuthal currents are detected in agreement with the relation j × B = ∇p.In the second pressure range, p = 10−3 torr (L ≫ λi) and Te ≃ 1 eV, Ti∼0.1 eV, ne (at centre) possibly up to 5 × 1013 cm−3. The radial electric fields are one order of magnitude smaller than at 10−5 torr.The plasma density was derived mainly from electron and ion currents to a Langmuir probe, the higher densities in the centre also with microwaves and spectrographically.In both pressure ranges the ion density decreases exponentially with radius between 1 cm and 4 cm from the axis, with an e-folding length depending as B−1 on the magnetic induction. Then a "kink" occurs; this kink moves closer to the axis with increasing magnetic induction. A critical discussion is given concerning determination of the perpendicular diffusion coefficient from measurements of the radial distribution of ions.

日本語訳

CABINETと呼ばれる実験装置においてプラズマが研究された。この装置は、一端にプラズマ源としてのデュオプラズマトロン、他端に8000リットル/秒の拡散ポンプを備え、磁場コイルで囲まれたガラス円筒から構成される。プラズマは軸に沿って磁気瓶の中へ連続的にドリフトし、中心部の最大磁束密度は4000ガウスである。プラズマ(主に水素)は2つの圧力範囲で研究された。 第一の圧力範囲では、p = 10−5 torr(L ≪ λi)、Te ≃ 12 eV、Ti∼10 eV、ne(中心部)は最大2 × 1010 cm−3である。大きな動径電場が存在し、∼-100 V/cm(r = 1 cm)から+10 V/cm(r=3 cm)まで変化する。方位角方向の電流が検出され、これはj × B = ∇pの関係と一致する。 第二の圧力範囲では、p = 10−3 torr(L ≫ λi)、Te ≃ 1 eV、Ti∼0.1 eV、ne(中心部)はおそらく最大5 × 1013 cm−3である。動径電場は10−5 torrのときよりも1桁小さい。 プラズマ密度は主にラングミュアプローブへの電子およびイオン電流から導出され、中心部のより高い密度はマイクロ波および分光学的にも導出された。 両方の圧力範囲において、イオン密度は軸から1 cmから4 cmの間で半径に対して指数関数的に減少し、そのe-フォールディング長は磁束密度にB−1として依存する。その後、「キンク」が発生する。このキンクは磁束密度の増加とともに軸に近づく。イオンの動径分布の測定から垂直拡散係数を決定することに関する批判的考察が与えられる。

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