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Experimental evaluation of Langmuir probe sheath potential coefficient on the HL-2A tokamak

L. Nie, M. Xu, R. Ke, B.D. Yuan, Y.F. Wu, J. Cheng, T. Lan, Y. Yu, R.J. Hong, D. Guo2018年被引用 24Nuclear FusionIF 3出版社

Systematic calibration experiment of Langmuir probe sheath potential coefficient Λ, which is a critical coefficient for estimating plasma sheath potential, has been carried out in the HL-2A tokamak deuterium plasmas. The electron energy probability function (EEPF) shows that electron outside last-closed-flux-surface (LCFS) is Maxwell distribution, but inside LCFS it changes to bi-Maxwell. Two kinds of plasma potential measuring method and three kinds Λ estmating method were compared. It is found that the estimated Λ coefficient is in the region of 2–3 outside LCFS and then increases to ~5 inside LCFS due to the high temperature electron effect. Fortunately, the results show that the commonly used value Λ  =  2.8 is still available to calculate plasma potential when we use the overestimated electron temperature measured by three-tip probe in bi-Maxwell case. Further analysis indicated this value should be corrected. Or it may lead to a error when we calculate the the electric field and its shear . The corrected value monotonically increased from ~2.2 to ~2.9 while Langmuir probe moved from 40 mm outside LCFS to 20 mm inside LCFS.

日本語訳

ラングミュアプローブのシース電位係数Λの系統的な較正実験は、プラズマシース電位を推定するための重要な係数であり、HL-2Aトカマク重水素プラズマにおいて実施された。電子エネルギー確率分布関数(EEPF)は、最後の閉じた磁気面(LCFS)の外側では電子がマクスウェル分布を示すが、LCFSの内側ではバイマクスウェル分布に変化することを示している。2種類のプラズマ電位測定法と3種類のΛ推定法が比較された。推定されたΛ係数は、LCFSの外側では2〜3の範囲にあるが、LCFSの内側では高温電子効果により約5まで増加することが見出された。幸いにも、結果は、バイマクスウェル分布の場合に3探針プローブで測定された過大評価された電子温度を用いてプラズマ電位を計算する際に、一般的に使用される値Λ=2.8が依然として有効であることを示している。さらなる解析により、この値は補正されるべきであることが示された。あるいは、電場およびそのシアを計算する際に誤差を生じる可能性がある。補正された値は、ラングミュアプローブがLCFSの外側20mmからLCFSの内側20mmへ移動するにつれて、約2.2から約2.9へ単調に増加した。

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Plasma sheathHL-2ALangmuir probe
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