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Energy balance in the CSSU device

R. Raman, G.C. Vlases, T.R. Jarboe1993年被引用 2Nuclear FusionIF 3出版社

An analysis of the energy balance in the Coaxial Slow Source Upgrade (CSSU) device is reported. The CSSU consists of two concentric coils carrying pulsed azimuthal currents only, which form an elongated plasma (an 'annular field reversed configuration (FRC)') in the space between the coils. The plasma contains no toroidal field, and is confined by poloidal fields only, resulting in a very high average beta. The CSSU, which operates at loop voltages of 2 kV or less and with risetimes of the order of 70 mu s, was developed to provide a low voltage, slow formation alternative to conventional FRC generation techniques that are based on fast theta pinch technology. It is found that the CSSU device does form annular FRCs, which persist for the duration of the inductive current drive, apparently free of MHD instability. Temperatures are low, however, and the transport is correspondingly poor. To analyse the energy balance, the power input to the plasma is calculated directly from external and internal magnetic field measurements. No assumptions about the resistivity profile have been made. A triple Langmuir probe located at the device end region was used to calculate the energy lost due to escaping particles. Electron temperature measurements from Thomson scattering and impurity estimates from doping studies are used in a time dependent corona model calculation to show that the CSSU plasma is impurity line radiation dominated. Time dependent coronal calculation simply that, with operation over much longer formation times (>100 to 200 mu s) at lower density (1014 cm-3), it may be possible to burn through the carbon and oxygen impurity radiation barriers and attain plasma conditions closer to those produced in conventional FRCs

日本語訳

同軸スローソースアップグレード(CSSU)装置におけるエネルギー収支の解析が報告されている。CSSUは、パルス方位角電流のみを流す2つの同心コイルから構成され、コイル間の空間に細長いプラズマ(「環状反転磁場配位(FRC)」)を形成する。このプラズマはトロイダル磁場を含まず、ポロイダル磁場のみによって閉じ込められ、その結果、非常に高い平均ベータ値を有する。CSSUは、2kV以下のループ電圧で動作し、約70μsの立ち上がり時間を有し、高速シータピンチ技術に基づく従来のFRC生成法に代わる、低電圧・緩慢形成の代替手法として開発された。CSSU装置が環状FRCを形成し、それが誘導電流の持続期間中、明らかにMHD不安定性を伴わずに維持されることが見出された。しかし、温度は低く、輸送もそれに対応して劣悪である。エネルギー収支を解析するため、プラズマへの入力電力は外部および内部磁場測定から直接計算される。抵抗率プロファイルについてはいかなる仮定も行われていない。装置端部領域に配置された三重ラングミュアプローブを用いて、逃散粒子によるエネルギー損失が計算された。トムソン散乱による電子温度測定と、ドーピング研究による不純物評価は、時間依存コロナモデル計算に用いられ、CSSUプラズマが不純物放射支配であることを示している。時間依存コロナ計算は単純に、より長い形成時間(>100〜200μs)かつより低い密度(10¹⁴cm⁻³)での運転により、炭素および酸素の不純物放射障壁を突き抜け、従来のFRCにより近いプラズマ条件を達成することが可能であることを示唆している。

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