Hard X-Ray collimation system at the T-15MD tokamak

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The Hard X-Ray collimation system was installed at the T-15MD tokamak (major radius of R = 1.48 m, minor radius of a = 0.67 m, elongation of k = 1.7–1.9, triangularity of δ = 0.3–0.4, toroidal magnetic field of BT = 2 T, plasma current of up to Ip = 2 MA, and discharge duration of up to 30 s) to provide the possibility of measuring the spatial and temporal evolution of runaway electron beams. The diagnostic is based on LaBr3(Ce) scintillation detectors, witch provides energy spectrum measurements for energies form 0.3 to 10 MeV. Monte Carlo simulation of the shielding efficiency in the GEANT4 environment showed that the collimator provides 2° field of view (FOV). Horizontal and vertical FOV movement along the plasma cross-section is arranged by a rotating base and screw support elements. An algorithm for processing the signals from the scintillation detectors with a graphical user interface and data visualization is used for reconstruction of the spectra. The results of testing the detector in a laboratory setup and in preliminary experiments carried out with the T-15MD tokamak in which runaway electrons beams were generated are presented.

About the authors

V. I. Tepikin

National Research Centre “Kurchatov Institute”; National Research University “Moscow Power Engineering Institute”

Author for correspondence.
Email: Tepikin_VI@nrcki.ru
Russian Federation, Moscow; Moscow

P. V. Savrukhin

National Research Centre “Kurchatov Institute”; National Research University “Moscow Power Engineering Institute”

Email: Tepikin_VI@nrcki.ru
Russian Federation, Moscow; Moscow

E. A. Shestakov

National Research Centre “Kurchatov Institute”

Email: Tepikin_VI@nrcki.ru
Russian Federation, Moscow

P. D. Lisovoi

National Research Centre “Kurchatov Institute”; National Research University “Moscow Power Engineering Institute”

Email: Tepikin_VI@nrcki.ru
Russian Federation, Moscow; Moscow

A. V. Khramenkov

National Research Centre “Kurchatov Institute”

Email: Tepikin_VI@nrcki.ru
Russian Federation, Moscow

A. I. Aristov

National Research University “Moscow Power Engineering Institute”

Email: Tepikin_VI@nrcki.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Mailloux J. // Nuclear Fusion. 2022. V. 62. P. 042025. doi: 10.1088/1741-4326/ac47b4.
  2. Reux C. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2022. V. 64. P. 034002. doi: 10.1088/1361-6587/ac48bc.
  3. Martín-Solís J.R., Loarte A., Lehnen M. // Nuclear Fusion. 2022. V. 62. P. 076013. doi: 10.1088/1741-4326/ac637b.
  4. De Vries P.C., Lee Y., Gribov Y., Mineev A.B., Na Y.S., Granetz R., Stein-Lubrano B., Reux C., Moreau Ph., Kiptily V., Esposito B., Battaglia D.J., Martin-Solis J.R. // Nuclear Fusion. 2023. V. 63. P. 086016. doi: 10.1088/1741-4326/acdd11.
  5. Kudyakov T., Finken K.H., Jakubowski M.W., Lehnen M., Xu Y., Schweer B., Toncian T., Van Wassenhove G., Willi O. // Nuclear Fusion. 2008. V. 48. P. 122002. doi: 10.1088/0029-5515/48/12/122002.
  6. Jakubowski L., Sadowski M.J., Zebrowski J., Rabinski M., Jakubowski M.J., Malinowski K., Mirowski R., Lotte Ph., Goniche M., Gunn J., Colledani G., Pascal J.-Y., Basiuk V. // Rev. Sci. Instrum. 2013. V. 84. P. 016107. doi: 10.1063/1.4776190.
  7. Forster M., Finken K. H., Lehnen M., Willi O., Xu Y. // Phys. Plasmas. 2012. V. 19. P. 052506. doi: 10.1063/1.4717759.
  8. Finken K. H., Watkins J. G., Rusbüldt D., Corbett W. J., Dippel K. H., Goebel D. M., Moyer R. A. // Nuclear Fusion. 1990. V. 30. P. 859. doi: 10.1088/0029-5515/30/5/005.
  9. Yu J.H., Hollmann E.M., Commaux N., Eidietis N.W., Humphreys D.A., James A.N., Jernigan T.C., Moyer R.A. // Phys. Plasmas. 2013. V. 20. P. 042113. doi: 10.1063/1.4801738.
  10. Hoppe M., Embréus O., Paz-Soldan C., Moyer R. A., Fülöp T. // Nuclear Fusion. 2018. V. 58. P. 082001. doi: 10.1088/1741-4326/aaae15.
  11. Blanchard P., Alberti S., Coda S., Weisen H., Nikkola P., Klimanov I. // Plasma Phys. Controlled Fusion. 2002. V. 44. P. 2231. doi: 10.1088/0741-3335/44/10/310.
  12. Kato K., Hutchinson I.H. // Rev. Sci. Instrum. 1986. V. 57. P. 1959. doi: 10.1063/1.1138806.
  13. Eshetua W. W., Porte L., Fasoli A., Sauter O., Coda S., Goodman T. P. // EPJ Web of Conferences. 2012. V. 32. P. 03011. doi: 10.1051/epjconf/20123203011.
  14. Preische S., Efthimion P.C., Kaye S.M. // Rev. Sci. Instrum, 1997. V. 68. P. 409. doi: 10.1063/1.1147841.
  15. Choi D., Merle A., Coda S., Decker J., Graves J.P., Tema Biwole A.S., Porte L., Peysson Y. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2020. V. 62. P. 025006. doi: 10.1088/1361-6587/ab5147.
  16. Shevelev A.E. Dissert. … Candidate of Phys. Mathemat. Sci. St. Petersburg: A.F. Ioffe Institute of Physics and Technology of the Russian Academy of Sciences, 2019. 158 p.
  17. Zhou R.J., Zhong G.Q., Hu L.Q., Tardocchi M., Rigamonti D., Giacomelli L., Nocente M., Gorini G., Fan T.S., Zhang Y.M., Hu Z.M., Xiao M., Li K., Zhang Y.K., Hong B., Zhang Y., Lin S.Y., Zhang J.Z. // Rev. Sci. Instrum. 2019. V. 90. P. 123510. doi: 10.1063/1.5120843.
  18. Savrukhin P.V., Shestakov E.A., Lisivoy P.D., Tepikin V.I., Khramenkov A.V. // Problems Atomic Sci. Technology, Series Thermonuclear Fusion. 2023. V. 46. P. 33. doi: 10.21517/0202-3822-2023-46-4-33-45.
  19. Savrukhin P. V., Shestakov E. A., Khramenkov A.V. // Plasma Phys. Reps. 2018. V. 44. P. 1085. doi: 10.1134/S1063780X1812005X.
  20. Kuznetsov V.V., Amosov A.V., Amosov V.N., Krasil’nikov A.V., Skopintsev D.A., Khovanskii A.V., Marchenko N.P., Peshkov A.N. // Instrum. Experim. Techniques. 2004. V. 47. P. 240. doi: 10.1023/B:INET.0000025209.30942.dc.
  21. Xi Y., Lin S., Hu L., Xu L., Zhang J. // Nuclear Techniques. 2013. V. 36. P.020203. doi: 10.11889/j.0253-3219.2013.hjs.36.020203.
  22. Liptac J., Parker R., Tang V., Peysson Y., Decker J. // Rev. Sci. Instrum. 2006. V. 77. P. 103504. doi: 10.1063/1.2214695.
  23. Peysson Y. // Nuclear Fusion. 2001. V. 41. P. 1703. doi: 10.1088/0029-5515/41/11/320.
  24. Gnesin S., Coda S., Decker J., Peysson Y. // Rev. Sci. Instrum. 2008. V. 79. P. 10F504. doi: 10.1063/1.2957843.
  25. Shevelev A., Khilkevitch E., Iliasova M., Nocente M., Pautasso G., Papp G., Molin A.D, Pandya S.P., Plyusnin V., Giacomelli L. // Nuclear Fusion. 2021. V. 61. P. 116024. doi: 10.1088/1741-4326/ac2638.
  26. Goeler S., Stevens J., Bernabei Silvia, Bitter M., Chu Tsu-Kai, Efthimion Ph., Fisch N., Hooke W., Hill K., Hosea J., Jobes F., Karney C., Mervine J., Meservey E., Motley R., Roney P., Sesnic S., Silber K., Taylor G. // Nuclear Fusion. 1985. V. 25. P. 1515. doi: 10.2172/5642336.
  27. Soarea S., Balshaw N., Blanchard P., Craciunescu T., Croft D., Curuia M., Edlington T., Kiptily V., Murari A., Prior Ph., Sanders S., Syme B., Zoita V. // Fusion Engineering Design. 2011. V. 86. P. 1359. doi: 10.1016/j.fusengdes.2010.12.073.
  28. Zhou R.J., Zhong G.Q., Hu L.Q., Tardocchi M., Rigamonti D., Giacomelli L., Nocente M., Gorini G., Fan T.S., Zhang Y.M., Hu Z.M., Xiao Z.M., Li K., Zhang Y.K., Hong B., Zhang Y., Lin S.Y., Zhang J.Z. // Rev. Sci. Instrum. 2019. V. 90. P. 123510. doi: 10.1063/1.5120843.
  29. Afanasyev V. Chernyshev F., Kozlovsky S.S., Melnik A.D., Marinin G.V., Mironov M., Navolotsky A., Nesenevich V., Petrov M.P., Petrov S.Ya., Yatsenko A.V., Chugunov I.N., Doinikov D.N., Iliasova M., Gin, D., Khilkevitch E.M., Polunovsky I.A., Shevelev A., Artemev K., Turnyanskiy M. // J. Instrumentation. 2022. V. 17. P. C07001. doi: 10.1088/1748-0221/17/07/C07001.
  30. Rebai M., Bertalot L., Brichard B., Brolatti G., Croci G., Esposito B., Fernandes A., Giacomelli L., Gorini G., Krasilnikov V., Lengar I., Marocco D., Muraro A., Nocente M., Pereira R.C., Perelli Cippo E., Rigamonti D., Rzadkiewicz J., Sousa J., Tardocchi M. // Rev. Sci. Instrum, 2018. V. 89. P. 10I126. doi: 10.1063/1.5038963.
  31. Cooper C. M., Pace D. C., Paz-Soldan C., Commaux N., Eidietis N. W., Hollmann E. M., Shiraki D. // Rev. Sci. Instrum. 2016. V. 87. P. 11E602. doi: 10.1063/1.4961288.
  32. Chen H., Zhao C., Wang Z., Li L., Zhou Y., Zhang J., Xu H., Cheng S., Zhu Y. Zhang Y. // J. Instrumentation. 2023. V. 18. P. T05007. doi: 10.1088/1748-0221/18/05/T05007.
  33. Barbui T., Chellai O., Delgado-Aparicio L., Peysson Y., Stratton B. Dumont R., Hill K., Pablant N. // Rev. Sci. Instrum. 2022. V. 93. P. 103508. doi: 10.1063/5.0101794.
  34. Zoita V., Soare S., Craciunescu T., Curuiac M., Kiptily V., Balshaw N., Blanchard P., Croft D., Murari A., Syme B. // Fusion Engineer. Design. 2013. V. 88. P. 1366. doi: 10.1016/j.fusengdes.2013.01.083.
  35. Zhuravlev M., Nemtcev G., Nagornyi N., Meshchaninov S., Rodionov R., Mironov A., Zvonareva A., Mironova E., Portone S. // EPJ Web of Conferen. 2021. V. 253. P. 03002. doi: 10.1051/epjconf/202125303002.
  36. Wojenski A., Pozniak K., Mazon D., Chernyshova M. // Internat. J. Electronics Telecommunications. 2018. V. 64. P. 473. doi: 10.24425/123548.
  37. Kiptily V. // Gamma Ray Spectrometry in ITER: Conceptual Design, 1998. doi: 10.1007/978-1-4615-5353-3_62.
  38. GEANT4 The Geant4 Software, Copyright (c) Copyright Holders of the Geant4 Collaboration, 1994–2006. http://cern.ch/geant4/license.
  39. Stevens J., Goeler S., Bernabei S., Bitter M., Chu T.K., Eftimion P., Fisch N., Hooke W., Hosea J., Jobes F., Karney C., Meservey E., Motley R., Taylor G. // Nuclear Fusion. 1985. V. 25. P. 1529. doi: 10.1088/0029-5515/25/11/002.
  40. Abdullaev S.S. // Theoretical and experimental studies of runaway electrons in the TEXTOR tokamak. Technical report. Forschungszentrum Jülich GmbH Institute of Energy and Climate Research Plasma Physics IEK-4, 2016.
  41. Paz-Soldan C., Cooper C.M., Aleynikov P., Eidietis N.W., Lvovskiy A., Pace D.C., Brennan D.P., Hollmann E.M., Liu C., Moyer R.A., Shiraki D. // Phys. Plasmas. 2018. V. 25. P. 056105. doi: 10.1063/1.5024223.
  42. Paz-Soldan C., Cooper C.M., Aleynikov P., Pace D.C., Eidietis N.W., Brennan D.P., Granetz R.S., Hollman E.M., Liu C., Lvovskiy A., Moyer R.A., Shiraki D. // Phys. Rev. Lett. 2017. V. 118. P. 255002. doi: 10.1103/PhysRevLett.118.255002.
  43. Shestakov E.A. Dissertation … Candidate of Physical and Mathematical Sciences. M.: NRC “Kurchatov Institute”, 2019. 150 p.
  44. Shestakov E.A., Savrukhin P. Ershova M., Khramenkov A. // J. Phys.: Conf. Ser. 2018. V. 094. P. 012004. doi: 10.1088/1742-6596/1094/1/012004.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».