Observation of 1…20 kHz fluctuations in the Uragan-2M torsatron

Abstract

First observations of plasma fluctuations in the frequency range of 1…20 kHz in various plasma conditions of the URAGAN-2M (U-2M) torsatron are presented. Observed fluctuations of the Hα emissivity are coherent with the line-averaged density fluctuations measured by the 140 GHz heterodyne interferometer. Bursts of 1…2 kHz, m=1 oscillations, localized in the central region of the plasma column, are always observed at the heating degradation stage of the crankshaft antenna operation in “standard” U-2M discharges (B₀=0.35 T). For this “standard” discharges with low RF power 10…15 kHz plasma density fluctuations are strongly localized at the region of substantial Hα emissivity gradients. Transient burst of 6 kHz central fluctuations are also observed in the medium magnetic field (B₀=0.067 T) discharges. Strong m = 1 fluctuations in the frequency range of 10…20 kHz are observed in the plasma conditioning discharges with low temperature and magnetic field (B₀=0.01 T). These fluctuations are localized in the central part of the plasma. Direction of poloidal rotation of the mode which causes fluctuations is reversed during the discharge simultaneously with its substantial amplitude increase and frequency decrease from 20 to 10 kHz. The fluctuations observed in standard U-2M discharges have frequency below the geodesic acoustic mode (GAM) frequency and can be caused by drift plasma modes. The frequency of fluctuations in the plasma conditioning discharges is observed in the range near the GAM frequency or higher.

Представлены первые наблюдения флуктуаций в диапазоне частот 1…20 кГц в плазме торсатрона УРАГАН-2М (У-2М) с различными параметрами. Наблюдаемые колебания эмиссии линии Hα когерентны с флуктуациями среднехордовой плотности, измеренными с помощью 140 ГГц интерферометра. Всплески 1…2 кГц, m=1 колебаний, локализованные в центральной области плазменного столба, всегда наблюдаются на стадии деградации нагрева плазмы антенной коленвального типа в стандартных разрядах У-2М (B₀ = 0,35 Tл). В разрядах У-2М низкой ВЧ-мощности и B₀=0.35 Tл флуктуации плотности плазмы на частоте 10…15 кГц сильно локализованы в области существенных градиентов свечения Hα. Вспышка 6 кГц колебаний в центральной области также наблюдается в разрядах со средним магнитным полем (B₀ = 0,067 Tл). Сильные m=1 колебания в диапазоне частот 10…20 кГц наблюдаются в плазме чистящего разряда с низкой температурой и магнитным полем B₀ = 0,01 Tл. Эти колебания локализованы в центральной части плазмы. Направление полоидального вращения моды, вызывающей колебания, меняется во время разряда одновременно с существенным увеличением амплитуды колебаний и снижением частоты с 20 до 10 кГц. Колебания, наблюдаемые в стандартных разрядах У-2М, имеют частоту ниже частоты геодезической акустической моды (ГАМ) и могут быть вызваны дрейфовыми модами. Частота колебаний плазмы в чистящих разрядах наблюдается в области частоты ГАМ или превышает её.

Представлені перші спостереження флуктуацій в діапазоні частот 1…20 кГц у плазмі торсатрона УРАГАН- 2М (У-2М) з різними параметрами. Коливання емісії лінії Hα, що спостерігалися, мають когерентність з флуктуаціями середньо-хордовою густини, що вимірювалась за допомогою 140 ГГц інтерферометра. Сплески 1…2 кГц, m=1 коливань, що локалізовані в центральній області плазмового стовпа, завжди спостерігаються на стадії деградації нагріву плазми антеною коленвального типу в стандартних розрядах У-2М (B₀ = 0,35 Tл). У розрядах У-2М низькою ВЧ-потужності і B₀=0,35 Tл флуктуації густини плазми на частоті 10…15 кГц сильно локалізовані в області істотних градієнтів світіння Hα. Спалах 6 кГц коливань в центральній області також спостерігається в розрядах із середнім магнітним полем (B₀ = 0,067 Tл). Сильні m=1 коливання в діапазоні частот 10…20 кГц спостерігаються в плазмі розряду, що чистить, з низькою температурою і магнітним полем (B₀ = 0,01 Tл). Ці коливання локалізовані в центральній частині плазми. Напрямок полоідального обертання моди, що викликає коливання, змінюється під час розряду одночасно з істотним збільшенням амплітуди коливань та зниженням частоти з 20 до 10 кГц. Коливання, які спостерігаються в стандартних розрядах У-2М, мають частоту нижче частоти геодезичної акустичної моди (ГАМ) і можуть бути викликані дрейфовими модами. Частота коливань плазми в розрядах, що застосовують для чистки, спостерігається в області частоти ГАМ або перевищує її.