Published December 16, 2010 | Version v1
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Study of sheath effects induced by an heating Ion Cyclotron Radio Frequency antenna (ICRF, 30-80 MHz) and their impact to probe measurements in fusion plasma devices

Description

This work investigates the problematic of probe measurements in RF environment. DC currents flowing along magnetic field lines connected to powered ICRF antennas have been observed experimentally. Negative (i.e. net electron) current is collected on the powered ICRF antenna structure, while positive (i.e. net ion) current is collected by magnetically connected Langmuir probes. An asymmetric model based upon a double probe configuration was developed. The ICRF near field effect is mimicked by a 'driven' RF electrode at one extremity of an 'active' open magnetic flux tube, where a purely sinusoidal potential is imposed. The other connection point is maintained at ground potential to model a collecting probe. This 'active' flux tube can exchange transverse RF currents with surrounding 'passive' tubes, whose extremities are grounded. With simple assumptions, an analytical solution is obtained. We can thus explain how DC currents are produced from RF sheaths. This model also makes it possible to model the characteristics DC Current - DC Voltage of a probe in the presence of RF and thus to evaluate some plasma properties. In this case the electrode at ground potential (probe) is polarized at a given potential. Analytical results are found within certain limits. (author)

Abstract (French)

Ces travaux abordent la problematique des mesures de sonde de Langmuir dans un environnement RF. Les mesures experimentales ont montre que des courants DC negatifs (electroniques) etaient collectes sur la structure d'une antenne ICRF sous tension, pendant que des courants DC positifs (ioniques) sont recueillis par une sonde de Langmuir a l'autre bout du tube de flux magnetique ouvert connecte a l'antenne, la sonde etant au potentiel de la machine. Un modele de tube de flux asymetrique, de type de sonde double, est presente. Celui-ci modelise un plasma, confine le long des lignes de champ magnetique, ayant a chaque extremite une electrode dont l'une est polarisee a un potentiel RF et l'autre a la masse. L'electrode polarisee modelise le potentiel RF resultant de l'integration, le long d'une ligne de champ magnetique, du champ electrique rayonne par les straps d'une antenne ICRF, tandis que l'autre electrode modelise la sonde au potentiel de la machine. Ce modele permet d'expliquer l'apparition de courants DC en emettant simplement l'hypothese qu'il faut a la fois une asymetrie de la source RF par rapport a une masse fixe, une conductivite RF transverse non nulle autorisant des courants RF transverses ainsi qu'une caracteristique courant-tension non lineaire due aux gaines pour favoriser des courants negatifs du cote RF et des courants positifs cote sonde. Ce modele permet egalement de modeliser les caracteristiques Courant DC - Tension DC d'une sonde en presence de RF et ainsi d'evaluer les proprietes du plasma. Dans ce cas l'electrode modelisant la sonde n'est plus a la masse, mais a un potentiel donne. Des resultats analytiques sont trouves dans certaines limites. (auteur)

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Original title (French)
Etude des effets de gaine induits par une antenne de chauffage a la Frequence Cyclotronique Ionique (FCI, 30-80 MHz) et de leur impact sur les mesures par sondes dans les plasmas de fusion

Publishing Information

Imprint Pagination
157 p.
Report number
FRNC-TH--12078

INIS

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Notes
86 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses