Efficient generation of energetic ions in multi-ion plasmas by radio-frequency heating

O. Kazakov 1 J. Ongena 1 E. Lerche 1 M. Mantsinen 2 D. Van eester 1 V. Kiptily 3 Y. Li M. Nocente 4 F. Nabais 5 M. Nave R. Bilato Ph. Jacquet 3 T. Johnson M. Lennholm T. Loarer 6 S. Sharapov 3 D. Valcarcel M. van Schoor H. Weisen 7 S. Marmar S. Baek H. Barnard P. Bonoli D. Brunner 8 J. Candy J. Canik M. Churchill I. Cziegler G. Dekow L. Delgado-Aparicio 9 A. Diallo 10 E. Edlund P. Ennever I. Faust C. Fiore Chi Gao T. Golfinopoulos M. Green S. Hartwig 11 C. Holland E. Hubbard W. Hughes I. Hutchinson J. Irby B. Labombard Yijun Jun B. Lipschultz 12 A. Loarte 13 R. Mumgaard R. Park 14 M. Porkolab M. Reinke E. Rice S. Scott S. Shiraiwa 15 P. Snyder B. Sorbom D. Terry J. Terry C. Theiler R. Vieira R. Walk M. Wallace A. White D. Whyte S. Wolfe M. Wright 16 J. Wright 17 S. Wukitch P. Xu S. Abduallev M. Abhangi P. Abreu M. Afzal M. Aggarwal T. Ahlgren J. Ahn L. Aho-Mantila 18 N. Aiba M. Airila 19 R. Albanese 20 V. Aldred D. Alegre E. Alessi P. Aleynikov A. Alfier A. Alkseev M. Allinson B. Alper 3 E. Alves 5 G. Ambrosino 21 R. Ambrosino L. Amicucci V. Amosov E. Sundén M. Angelone M. Anghel C. Angioni 22 L. Appel C. Appelbee P. Arena 23 M. Ariola 21 H. Arnichand S. Arshad A. Ash N. Ashikawa 24 V. Aslanyan 25 O. Asunta F. Auriemma Y. Austin L. Avotina M. Axton C. Ayres M. Bacharis A. Baciero D. Baião S. Bailey 26 A. Baker 27 I. Balboa 3 M. Balden N. Balshaw R. Bament W. Banks Y. Baranov M. Barnard D. Barnes 28 M. Barnes R. Barnsley 29 A. Wiechec L. Orte M. Baruzzo 30 V. Basiuk 6 M. Bassan R. Bastow A. Batista P. Batistoni R. Baughan B. Bauvir L. Baylor B. Bazylev 31 J. Béal S. Beaumont 32 M. Beckers B. Beckett 29 A. Bécoulet 6 N. Bekris M. Beldishevski K. Bell F. Belli M. Bellinger E. Belonohy 33 N. Ayed 34 A. Benterman H. Bergsåker J. Bernardo M. Bernert M. Berry L. Bertalot 35 C. Besliu M. Beurskens 3 B. Bieg J. Bielecki 36 T. Biewer M. Bigi P. Bílková F. Binda A. Bisoffi S. Bizarro C. Björkas J. Blackburn K. Blackman 37 R. Blackman P. Blanchard 38 P. Blatchford V. Bobkov 22 A. Boboc 39 G. Bodnár O. Bogar I. Bolshakova 40 T. Bolzonella N. Bonanomi F. Bonelli J. Boom 22 J. Booth D. Borba D. Borodin I. Borodkina 41 A. Botrugno C. Bottereau 6 P. Boulting C. Bourdelle 6 M. Bowden C. Bower C. Bowman T. Boyce C. Boyd J. Boyer M. Bradshaw V. Braic R. Bravanec B. Breizman S. Bremond D. Brennan S. Breton A. Brett S. Brezinsek 42 M. Bright M. Brix 3 W. Broeckx M. Brombin A. Brosławski D. Brown M. Brown 26 E. Bruno J. Bucalossi 6 J. Buch J. Buchanan M. Buckley 43 R. Budny H. Bufferand 6 M. Bulman N. Bulmer P. Bunting P. Buratti A. Burckhart A. Buscarino A. Busse K. Butler I. Bykov 44 J. Byrne 45 P. Cahyna 46 G. Calabrò 47 I. Calvo Y. Camenen 48 P. Camp D. Campling J. Cane B. Cannas A. Capel J. Card A. Cardinali P. Carman M. Carr 49 D. Carralero L. Carraro 50 B. Carvalho I. Carvalho P. Carvalho F. Casson 51 C. Castaldo N. Catarino J. Caumont F. Causa R. Cavazzana K. Cave-Ayland M. Cavinato M. Cecconello S. Ceccuzzi E. Cecil A. Cenedese 52 R. Cesario D. Challis M. Chandler 53 D. Chandra S. Chang A. Chankin I. Chapman S. Chapman M. Chernyshova 54 G. Chitarin G. Ciraolo 6 D. Ciric J. Citrin 55 F. Clairet 6 E. Clark M. Clark R. Clarkson D. Clatworthy C. Clements M. Cleverly J. Coad A. Coates 56 A. Cobalt V. Coccorese V. Cocilovo S. Coda R. Coelho W. Coenen I. Coffey 57 L. Colas 58 S. Collins 59 D. Conka S. Conroy N. Conway D. Coombs D. Cooper 60 S. Cooper C. Corradino Y. Corre 6 G. Corrigan 3 S. Cortes D. Coster 22 S. Couchman M. Cox 61 T. Craciunescu S. Cramp R. Craven F. Crisanti 62 G. Croci D. Croft K. Crombé 63 R. Crowe N. Cruz G. Cseh A. Cufar A. Cullen M. Curuia A. Czarnecka 54 H. Dabirikhah P. Dalgliesh S. Dalley J. Dankowski D. Darrow O. Davies W. Davis C. Day I. Day M. de Bock A. de Castro E. de la Cal E. Luna 64 G. Masi J. de Pablos G. de Temmerman 65 G. de Tommasi 66 P. de Vries 67 K. Deakin J. Deane F. Agostini 68 R. Dejarnac 69 E. Delabie 67 N. den Harder 55 R. Dendy 70 J. Denis 6 P. Denner S. Devaux 71 P. Devynck 72 F. Maio A. Siena 73 C. Troia P. Dinca 74 R. D’inca 22 B. Ding T. Dittmar 6 H. Doerk R. Doerner T. Donné S. Dorling S. Dormido-Canto S. Doswon D. Douai T. Doyle A. Drenik P. Drewelow 22 P. Drews Ph. Duckworth R. Dumont 6 P. Dumortier D. Dunai M. Dunne 75 I. Ďuran F. Durodié P. Dutta B. Duval R. Dux K. Dylst N. Dzysiuk V. Edappala J. Edmond M. Edwards J. Edwards Th. Eich A. Ekedahl 6 R. El-Jorf C. Elsmore M. Enachescu G. Ericsson F. Eriksson J. Eriksson 76 L. Eriksson B. Esposito S. Esquembri G. Esser D. Estève 6 B. Evans E. Evans G. Evison D. Ewart D. Fagan M. Faitsch D. Falie A. Fanni A. Fasoli M. Faustin N. Fawlk L. Fazendeiro N. Fedorczak 6 R. Felton 3 K. Fenton A. Fernades H. Fernandes J. Ferreira A. Fessey O. Février O. Ficker A. Field S. Fietz A. Figueiredo J. Figueiredo 77 A. Fil P. Finburg M. Firdaouss 6 U. Fischer L. Fittill M. Fitzgerald 78 D. Flammini J. Flanagan 3 C. Fleming K. Flinders N. Fonnesu M. Fontdecaba A. Formisano L. Forsythe L. Fortuna 79 E. Fortuna-Zalesna M. Fortune 80 S. Foster T. Franke T. Franklin M. Frasca L. Frassinetti 81 M. Freisinger R. Fresa D. Frigione V. Fuchs D. Fuller S. Futatani J. Fyvie K. Gál D. Galassi 82 K. Gałązka J. Galdon-Quiroga J. Gallagher 83 D. Gallart R. Galvão X. Gao Y. Gao 84 J. Garcia 85 A. Garcia-Carrasco M. García-Muñoz J. Gardarein 86 L. Garzotti 3 P. Gaudio E. Gauthier 6 F. Gear S. Gee B. Geiger 87 M. Gelfusa S. Gerasimov 3 G. Gervasini M. Gethins Z. Ghani M. Ghate M. Gherendi J. Giacalone 6 L. Giacomelli S. Gibson T. Giegerich C. Gil 6 L. Gil S. Gilligan D. Gin 88 E. Giovannozzi J. Girardo C. Giroud 3 G. Giruzzi 89 S. Glöggler J. Godwin J. Goff 90 P. Gohil V. Goloborod’ko R. Gomes B. Gonçalves M. Goniche 6 M. Goodliffe A. Goodyear 3 G. Gorini M. Gosk R. Goulding A. Goussarov R. Gowland B. Graham E. Graham J. Graves N. Grazier P. Grazier R. Green H. Greuner B. Grierson S. Griph C. Grisolia D. Grist M. Groth 19 R. Grove C. Grundy J. Grzonka D. Guard C. Guérard C. Guillemaut 6 R. Guirlet 91 C. Gurl H. Utoh J. Hackett S. Hacquin 6 A. Hagar R. Hager A. Hakola M. Halitovs S. Hall 92 S. Cook C. Hamlyn-Harris K. Hammond C. Harrington J. Harrison D. Harting 3 F. Hasenbeck Y. Hatano 93 R. Hatch V. Haupt J. Hawes C. Hawkes J. Hawkins P. Hawkins W. Haydon N. Hayter S. Hazel J. Heesterman K. Heinola C. Hellesen 94 T. Hellsten W. Helou 6 N. Hemming C. Hender M. Henderson S. Henderson R. Henriques D. Hepple G. Hermon P. Hertout 6
Abstract : We describe a new technique for the efficient generation of high-energy ions with electromagnetic ion cyclotron waves in multi-ion plasmas. The discussed ‘three-ion’ scenarios are especially suited for strong wave absorption by a very low number of resonant ions. To observe this effect, the plasma composition has to be properly adjusted, as prescribed by theory. We demonstrate the potential of the method on the world-largest plasma magnetic confinement device, JET (Joint European Torus, Culham, UK), and the high-magnetic-field tokamak Alcator C-Mod (Cambridge, USA). The obtained results demonstrate efficient acceleration of $^3$He ions to high energies in dedicated hydrogen–deuterium mixtures. Simultaneously, effective plasma heating is observed, as a result of the slowing-down of the fast $^3$He ions. The developed technique is not only limited to laboratory plasmas, but can also be applied to explain observations of energetic ions in space-plasma environments, in particular, $^3$He-rich solar flares.
Document type :
Journal articles
Complete list of metadatas

Cited literature [45 references]  Display  Hide  Download

https://hal-cea.archives-ouvertes.fr/cea-01898634
Contributor : Bruno Savelli <>
Submitted on : Tuesday, May 14, 2019 - 11:01:03 AM
Last modification on : Thursday, October 31, 2019 - 10:34:03 AM

File

4167.pdf
Publisher files allowed on an open archive

Identifiers

Citation

O. Kazakov, J. Ongena, E. Lerche, M. Mantsinen, D. Van eester, et al.. Efficient generation of energetic ions in multi-ion plasmas by radio-frequency heating. Nature Physics, Nature Publishing Group, 2017, 13 (10), pp.973-978. ⟨10.1038/NPHYS4167⟩. ⟨cea-01898634⟩

Share

Metrics

Record views

595

Files downloads

119