مطالعه پارامترهای مختلف پلاسمای توکامک IR-T1 با استفاده از روش بیناب‌نمائی غیرفعال

مهدوی, محمد; فلاح, مجید; قرآن نویس, محمود; مشکانی, سکینه

doi:10.22055/jrmbs.2020.16183

مطالعه پارامترهای مختلف پلاسمای توکامک IR-T1 با استفاده از روش بیناب‌نمائی غیرفعال

نوع مقاله : مقاله پژوهشی کامل

نویسندگان

¹ گروه فیزیک هسته‌ای، دانشکده علوم پایه، دانشگاه مازندران کدپستی: 416-47415، بابلسر، مازندران، ایران

² گروه فیزیک هسته ای، دانشکده علوم پایه، دانشگاه مازندران، بابلسر، مازندران، ایران

³ مرکز تحقیقات فیزیک پلاسما، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران، تهران، تهران، ایران.

10.22055/jrmbs.2020.16183

چکیده

در این پژوهش با استفاده از روش بیناب نمائی غیرفعال، یک بیناب‌نمای دو کاناله نور مرئی Ava-Spec-ULS3648TEC-2-RS-USB2 ، مجموعه خطوط بینابی با شدت تابش گسیلی بالا به منظور تشخیص وجود ناخالصی‌های کربن، نیتروژن، اکسیژن، آهن، کروم و تنگستن در پلاسمای توکامک IR-T1 شناسائیشده است. عملیات بیناب نمائی در طول مدت زمان تخلیه الکتریکی درون پلاسمای توکامک انجام شده است. پس از انجام برازش و بهنجارش، پهنای موثر برای هر خط بینابی محاسبه شده است. با استفاده از نمایه‌‌های پهن‌شدگی‌های دوپلر و تجهیزات، دمای هیدروژن برابرeV 4.4 بدست آمده است که قابل مقایسه با نتایج حاصل از توکامک‌های COMPASS و ISTTOK می‌باشد. با محاسبه پهن‌شدگی‌های دوپلری و تجهیزات و به کمک اطلاعات بدست آمده از خطوط بینابی، دمای چند ناخالصی یونی در لبه پلاسمای توکامک IR-T1 حدود eV 2.3و در هسته آن حدود eV40 برآورد شده است. سپس اثر تغییرات ولتاژ بایاس لیمیتر بر پهنای موثر هیدروژن (Hβ)- پهن‌شدگی استارک- و اثر تغییرات میدان‌ مغناطیسی بر پهنای موثر یون آهن (Fe I) – پهن‌شدگی زیمان- مورد بررسی قرار گرفته‌اند. نتایج از وابستگی شدت تابش و دمای خط بینابی هیدروژن را به ولتاژ بایاس لیمیتر نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Study of different parameters of Tokamak IR-T1 Plasma using Passive Spectroscopy technique

نویسندگان [English]

Mohammad Mahdavi ¹
Majid Fallah ²
M. Ghoranneviss ³
S. Meshkani ³

¹ Department of Nuclear Physics, Faculty of Basic sciences, University of Mazandaran, P. O. Box 47415-416, Babolsar, Iran

² Department of Nuclear Physics, Faculty of Basic sciences, University of Mazandaran, ,Babolsar, Iran

³ Plasma Physics Research Center, Science & research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran

چکیده [English]

In this study, using the passive spectroscopic method, a two-channel visible light channel Ava-Spec-ULS3648TEC-2-RS-USB2, high-emission spectral line set, to detect the presence of carbon, nitrogen, Oxygen, iron, chromium and tungsten have been identified in the IR-T1 tokamak plasma. Spectroscopic operations were performed during the period of electrical discharge inside the tokamak plasma. After performing the fitting and normalization, the effective width (FWHM) is calculated for each spectral line. Using Doppler broadening profiles and instrument, the hydrogen temperature is obtained at 4.4 eV, which is comparable to the results of COMPASS and ISTTOK tokamak. By calculating the Doppler broadening profiles and instrument, and using the information from the spectral lines, the ionic impurity temperature at the edge of the IR-T1 tokamak plasma is estimated at about 2.3 eV and at the core at about 40eV.
Then, the effect of variation of biasing voltage on the FWHM of hydrogen (Hβ) - Stark broadening - and the effect of variation of magnetic field on the FWHM of iron ion (Fe I) - Zeeman broadband- are investigated. The results show the dependence of the radiation intensity and the temperature of the hydrogen on the biasing voltage.

کلیدواژه‌ها [English]

Tokamak
Impurity
Spectroscopic Broadening
Ionic temperature
Passive spectroscopy
Bias limiter

مراجع

[1] M. Kikuchi, K. Lackner, M.Q. Tran, Fusion Physics. International Atomic Energy Agency Vienna (2012).

ISBN 978-92-0-130410-0

[2] S. Atzeni, J. Meyer. The Physics of Inertial Fusion: Beam Plasma Interaction, Hydrodynamics, Hot Dense Matter, OUP Oxford 125 (2004).

https://doi.org/10.1017/s0263034605000789

[3] B. Bigot, Inertial fusion science in Europe, Journal de Physique IV (Proceedings)133 EDP sciences (2006) 3-8.

https://doi.org/10.1051/jp4:2006133002

[4] S.A. Ghorashi, M. Mahdavi. Broadening effects on opacity calculation of CH plasmas, Physics of Plasmas 24 2 (2017): 023301.

https://doi.org/10.1063/1.4976547

[5] R.B. Gomes, C.A. Varandas, J.A. Cabral, E. Sokolova, S.R. Cortes. High dispersion spectrometer for time resolved Doppler measurements of impurity lines emitted during ISTTOK tokamak discharges. Review of Scientific Instruments 74 3 (2003) 2071-2074.

https://doi.org/10.1063/1.1537039

[6] H.J. Kunze. Introduction to plasma spectroscopy, Springer Science & Business Media 56 (2009).

https://doi.org/10.1007/978-3-642-02233-3

[7] C.R. Vidal, J. Cooper, E.W. Smith. Hydrogen Stark-broadening tables, The Astrophysical Journal Supplement Series 25 (1973) 37.

https://doi.org/10.1086/190264

[8] U. Fantz, Basics of plasma spectroscopy. Plasma sources science and technology 15 4 (2006) S137.

http://iopscience.iop.org/0963- 252/15/4/S01

[9] J.M. Lerner, A. Thevenon. The optics of spectroscopy. Jobin-Yvon Optical Systems/Instrumentss SA (1988).

https://web.mit.edu/8.13/8.13d/manuals/Hydrogenic/jy-theory-optics-spectroscopy.pdf

[10] P.J.N.G.W.G. Scherrer, Estimation of the size and internal structure of colloidal particles by means of röntgen, Nachr. Ges. Wiss. Göttingen 2 (1918) 96-100.

[11] T. Sugie, A. Costley, A. Malaquias, C. Walker, Spectroscopic diagnostics for ITER, Journal of Plasma and Fusion Research 79 10 (2003) 1051-1061.

https://doi.org/10.1585/jspf.79.1051

[12] I.H. Hutchinson, Principles of plasma diagnostics. Plasma Physics and Controlled Fusion 44 12 (2002) 2603.

https://doi.org/10.1088/0741- 3335/44/12/701

[13] R. Alipour, M. Ghoranneviss, A. Salar Elahi. First investigation on plasma impurities of the IR-T1 tokamak. AIP Advances 7 11 (2017) 115303.

https://doi.org/10.1063/1.4990869

[14] A.Paknezhad, M. Ghoranneviss, R. Arvin, S. Mohammadi. Approaches on Measurements of the Shafranov Parameter and Plasma Displacement in Tokamaks, Journal of Nuclear and Particle Physics 3 4 (2013) 55-62.

https://doi: 10.5923/j.jnpp.20130304.02

[15] P. Khorshid, M. Ghoranneviss, M. Razavi, S. Saboohi, M. Mollai, A. Hojabri, D. Dorranian, M.K. Salem, R. Tarkeshian, R. Arvin, S. Mohammadi, Overview of Experimental Studies on IR-T1 Tokamak, INIS-XA--08N0893 (2008).

http://www.academia.edu/download/54127615/Overview_of_Experimental_Studies_on_IR-T20170812-6963-11cvjtj.pdf

[16] Avantes Enlightening Spectroscopy.

The Netherlands, Europe, http;// ww.avantes .com (2015).

[17] S. Menmuir, Visible spectroscopic diagnostics: Application and development in fusion plasmas. PhD diss., KTH, AlbaNova University Centre, Sweden (2007).

[18] S. Meshkani, M. Ghoranneviss, M. Lafouti. Effect of Biasing on Electron Temperature in IR-T1 Tokamak. In proceedings of the 5th International Conference on Development, Energy, Environment, Economics (DEEE'14) Florence, Italy (November 2014) 22-24.

ISBN:978-960-474-400-8http://www.wseas.us/e-library/conferences/2014/Florence/DEEE/DEEE-45.pdf

[19] N. Hasanvand, M.R. Riazifar, R. Alipour, S. Meshkani, and M. Ghoranneviss. Improving plasma confinement by controlling hard X-ray, Chinese Physics Letters 33 11 (2016) 115202.

https://doi.org/10.1088/0256-307X/33/11/115202

[20] O. Van Hoey, Visible light measurements on the COMPASS tokamak. Faculty of Engineering Department of Applied Physics, PhD diss (2010).

[21] H. Tsutsui, K. Nakayama, T. Ito, H. Ajikawa, S. Nomura, S. Tsuji-Iio, R. Shimada. A tokamak with nearly uniform coil stress based on the virial theorem. Nuclear fusion 44, no. 9 (2004) 954.

https://doi.org/10.1088/0029-5515/44/9/003

[22] I.S. Landman, G. Janeschitz. Calculation of poloidal magnetic field in tokamak code TOKES. In 35th EPS Conf. Crete, Greek. (2008).

35th EPS Conference on Plasma Phys. Hersonissos, 9 - 13 June 2008 ECA Vol.32D, P-5.057 (2008)

[23] A.I. Morozov, L.S. Solov'ev. The structure of magnetic fields. Reviews of Plasma Physics. 2 (1966) 1.

Reviews of Plasma Physics, Volume 2. Authorized translation from the Russian by Herbert Lashinsky, University of Maryland, USA. Edited by M. A. Leontovich. Published by Consultants Bureau, New York, 1966, p.1