نوع مقاله : مقاله فنی

نویسندگان

1 دانشکده فیزیک، دانشگاه اصفهان، صندوق پستی: 73441-81746، اصفهان - ایران

2 پژوهشکده پلاسما و گداخت هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی، صندوق پستی: 1339-14155 ،تهران- ایران

10.24200/nst.2023.1332

چکیده

ناخالصی ­های پلاسما یکی از عوامل اتلاف انرژی محصور شده در توکامک‌­ها به شمار می‌­روند که از این منظر مطالعه و بررسی آن­ها در راستای حفظ پایداری پلاسمای توکامک و بهبود کیفیت محصورسازی امری ضروری خواهد بود. در این کار تحقیقاتی به منظور مطالعه ناخالصی‌­های پلاسمای توکامک دماوند، تکفام­‌ساز نوری موجود در آزمایشگاه توکامک دماوند به همراه یک آرایه خطی CCD در ساختار یک طیف‌سنج نور مریی به کار گرفته شد. سامانه طیف‌­سنج جدید توسط طول موج­‌های مشخصه یک لامپ جیوه کالیبره شده و در رژیم پلاسمای نرمال توکامک دماوند جهت ثبت و تحلیل تابش‌­های گسیلی در بازه طول موجی 7000 – 3000 آنگستروم مورد استفاده قرار گرفت. کم­ترین قدرت تفکیک ابزاری طیف‌­سنج حاصل در پهنای شکاف ورودی μm 50 در حدود A°  9/0 به دست آمد که برای تابش‌­های پرشدت پلاسمای هیدروژن نظیر Hα و Hβ به کار گرفته شد. برای مطالعه تابش‌­های حاصل از ناخالصی­‌ها با توجه به شدت پایین آن­ها از پهنای شکاف ورودی μm 100 و در نتیجه قدرت تفکیک A°  8/1 استفاده گردید. نتایج به دست آمده نشان داد که ناخالصی­‌های غالب در پلاسمای توکامک دماوند عبارتند از اکسیژن، نیتروژن و کربن که منشأ آن­ها عموماً از مولکول‌­های هوای به دام افتاده در دیواره محفظه خلأ و ادوات مجاور با پلاسما هستند و ناخالصی آهن نیز در نتیجه برهم‌­کنش پلاسمای داغ با لیمیتر و ادوات داخل محفظه خلأ تولید می‌­شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Modification of visible spectrometer of Damavand tokamak and study of plasma impurities

نویسندگان [English]

  • Z. Gholami Sarrak 1
  • M.R. Abdi 1
  • B. Pourshahab 2
  • Ch. Rasouli 2

1 Faculty of Physics, University of Isfahan, P.O. Box: 81746-73441, Isfahan - Iran

2 Plasma and Nuclear Fusion Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI, P.O. Box: 14155-1339, Tehran - Iran

چکیده [English]

Plasma impurities are one of the loss factors of confined energy in tokamaks, so from this regard their study in order to maintain the stability of tokamak plasma and improve the confinement quality is essential. In this research, in order to study the impurities of Damavand tokamak plasma, a monochromator along with a Line Scan CCD array in the assembly of a visible light spectrometer was used. The modified spectrometer system was calibrated by the characteristic wavelengths of a mercury-vapor lamp and was used in the normal plasma regime of Damavand tokamak to record and analyze the radiation in the wavelength range of 3000-7000A°. The finest instrumental resolution of the spectrometer was about 0.9A° at entrance slit width of 50μm, which was used for intensive hydrogen plasma radiation lines such as Hα and Hβ. To study the radiation from the impurities, due to their low intensity, the entrance slit width of 100 μm and the resolution of 1.8A° were selected. The results showed that the predominant impurities in Damavand tokamak plasma are oxygen, nitrogen and carbon, which are generally originated from air molecules trapped in the wall of the vacuum chamber and the plasma facing components, also iron impurities are produced as a result of hot plasma interaction with the limiter and other components inside the vacuum chamber.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Damavand tokamak
  • Plasma
  • Impurity
  • Visible spectrometer
  • Spectral resolving power
1. G.G. Dolgov-Saveljev, et al, Toroidal discharge in a strong magnetic field, Soviet Phys.—JETP, 11, 287 (1960).
 
2. V.S. Strelkov, History of T-10 tokamak: creation and development, Plasma Phys. Rep., 27, 819 (2001).
 
3. V.P. Smirnov, Tokamak foundation in USSR/Russia 1950–1990, Nucl. Fusion, 50, 014003 (2010).
 
4. H.R. Koslowski, Operational Limits and Limiting Instabilities in Tokamak MachinesFusion Science and Technology, 49(2T), 147 (2006).
 
5. D.E. Post, et al., Steady-state radiative cooling rates for low-density high-temperature plasmas, At. Data Nucl. Data Tables, 20, 397 (1977).
 
6. FU. Jia, et al., Spectroscopic Measurements of Impurity Spectra on the EAST tokamak, Plasma Science and Technology, 14, 1048 (2012).
 
7. A. Gorbunov, L.A. Klyuchnikov, K.V. Korobov, Visible range spectrum of the T-10 tokamak plasma, ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, 38, 62, (2015).
 
8. A.M. Dalt Rini, M. Machida, M.J.R. Moterio, Vacuum Ultraviolet and Visible Spectroscopy Diagnostics on the NOVA-UNICAMP tokamak, Brazilian Journal of Physics, 31, 496 (2001).
 
9. H. Mohammadi, E. Eslami, Investigation of Spectral Resolution in a Czerny Turner Spectrograph, Instruments and Experimental Techniques, 53, 549, (2010).
 
10. Liu, Chuan; Berg, Rolf W., Determining the Spectral Resolution of a Charge-Coupled Device (CCD) Raman Instrument, Applied Spectroscopy, 66, 1034 (2012).