Plasma initiation in mid-sized tokamaks, especially superconducting machines, requires a pre-ionization source having an electron density on the order of 1017–1018 m−3 that typically operates in the pressure range between 10−5 and 10−4 mbar. A spiral antenna excited by 13.56 MHz can provide these parameters as demonstrated in the APPEL device (Applied Plasma Physics Experiments in Linear device), which has an axisymmetric magnetic field over 4.0 m. A 3.5 m argon plasma column having a peak plasma density of approximately 1017 m−3 was formed corresponding to a maximum magnetic field strength of B = 0.41 tesla at 500 W radio-frequency (RF) power under an operating pressure range of 5 × 10−3–2.0 × 10−4 mbar. The maximum plasma density was observed at an axial position z = 1.0 m from the antenna, where the magnetic field was 0.25 T; a radial shift in the density peak was noted with decreasing pressure, becoming prominent near 3.5 × 10−4 mbar. Although the minimum pressure achieved remains slightly above typical tokamak startup conditions, this study provides valuable insight into RF plasma coupling in magnetized linear devices. A COMSOL Multiphysics simulation of the experimental setup shows qualitatively agreement with measured density profiles since, simulations are ideal conditions while experiments are real condition so the parameters are not exactly match but found similar trends. A qualitative explanation has been provided for the plasma produced by the spiral antenna in the axisymmetric magnetic field of the linear device.
中型トカマク、特に超伝導装置におけるプラズマ開始には、典型的には10−5から10−4 mbarの圧力範囲で動作する、1017–1018 m−3のオーダーの電子密度を持つ予備電離源が必要である。13.56 MHzで励起されたスパイラルアンテナは、4.0 mにわたる軸対称磁場を有するAPPEL装置（Applied Plasma Physics Experiments in Linear device）で実証されたように、これらのパラメータを提供できる。5 × 10−3–2.0 × 10−4 mbarの動作圧力範囲、500 Wの高周波（RF）出力において、最大磁場強度B = 0.41 teslaに対応する、ピークプラズマ密度が約1017 m−3の3.5 mのアルゴンプラズマ柱が形成された。最大プラズマ密度は、アンテナから軸方向距離z = 1.0 m（磁場が0.25 Tの位置）で観測された。圧力の減少に伴って密度ピークの半径方向シフトが認められ、3.5 × 10−4 mbar付近で顕著になった。達成された最小圧力は典型的なトカマク立ち上げ条件よりわずかに高いままであるが、この研究は磁化線形装置におけるRFプラズマ結合に関する貴重な知見を提供する。実験装置のCOMSOL Multiphysicsシミュレーションは、測定された密度分布と定性的に一致する。なぜなら、シミュレーションは理想条件であるのに対し、実験は実際の条件であり、パラメータは完全には一致しないが、同様の傾向が見られたからである。線形装置の軸対称磁場中でスパイラルアンテナによって生成されたプラズマについて、定性的な説明が提供された。