• 한국진공학회지
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• 제19권1호
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• pp.72-80
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• 2010

KSTAR ICRF 시스템에서 안테나 전류띠 간 커플링에 의한 전류띠의 전압, 전류 분포 변화와 전류띠 간 전력 전달에 의한 공명현상 그리고 전송선상의 이상 전압 분포 등을 예측하거나 분석하는 것은 그것의 안정적이고 신뢰성 있는 운전을 위해 매우 중요하다. 본 연구에서는 이러한 전류띠 간 커플링에 의한 현상들을 이해하기 위해 ICRF 안테나에서 측정한 S-parameter를 커플링이 고려된 8포트 전송선회로 모델에 적용하여 전류띠의 전송선 회로 모델을 완성하였다. 완성된 전송선 회로모델의 자체유도계수, 상호유도계수, 전기용량성 등은 전류띠의 유한한 길이로 인하여 2D 모델의 값보다 작은 것으로 나타났다. 커플링이 고려된 전류띠의 전송선 회로모델은 공명루프와 결합되어 있는 KSTAR ICRF 시스템의 운전에 활용될 것이다.

• 한국진공학회지
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• 제15권3호
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• pp.314-324
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• 2006

KSTAR ICRF 안테나의 진공특성을 실험적으로 조사하였다. 제작된 안테나를 총 유효배기속도 1015 l/s의 진공펌프가 장착된 시험용 진공용기에 설치하였으며, 고주파 시험하기 전에 시간에 따른 압력 변화, 총기체 부하, 도달 진공도 등을 측정하였다. 낮은 출력의 고주파를 반복적으로 인가함으로서 세정 효과를 확인하였다. 안테나에 고주파를 인가하여 시험하는 동안 진공도 변화를 측정하였으며, 압력 상승에 의해 방전이 유발되는 한계 압력을 조사하였다. 본 안테나의 경우 고주파 인가 중에 진공용기의 압력이 $10^{-4}$ mbar 이상이 되면 방전이 일어났다. 장펄스 시험에서 안테나의 온도와 시험용 진공용기의 압력을 측정하여 안테나를 냉각하지 않은 상태에서 운전이 가능한 전압을 조사하였으며, 냉각했을 때의 결과와 비교하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.218-218
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• 2011

Tokamak 플라즈마는 ICRF 영역에서 외곽 플라즈마 부근에 CUT-OFF밀도가 있으며, 이보다 낮은 밀도에서는 ICRF 전파가 투과하지 못하는 전파 장벽이 존재하게 된다. 이때 전달되는 효율은 안테나 부하저항으로 알 수 있으며, 이는 전파장벽이 낮을수록 큰 값을 갖는다. 따라서, 전파장벽은 에너지 전달 효율을 급격히 떨어뜨리므로 전파 장벽의 특성을 분석하고 이를 낮추는게 매우 중요하다. CUT-OFF 밀도는 자기장, k_par, 구동주파수, 플라즈마 밀도에 의존하게 되고, 측정한 밀도 분포를 통해 전파장벽의 구간을 안다면,이를 이용하여 안테나의 부하저항과의 의존성을 알 수 있다. 본 연구에서는 이러한 외곽 플라즈마 밀도 분포를 얻기 위해 토카막의 언저리 영역에서 플라즈마에 간섭없이 $10^{18}{\sim}10^{19}m^{-3}$의 플라즈마 밀도를 진단할 수 있는 9GHz~30GHz의 microwave를 사용하는 반사계를 설계하였으며,플라즈마 변수와 ICRF 운전 변수에 따른 부하저항의 계산결과와 반사계 시스템 설계에 대한 내용이 발표될 것이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.135-135
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• 2010

Kstar (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research, 국가핵융합연구장치) ICRF(Ion Cyclotron Range of Frequency) 가열장치를 이용한 이온가열을 추가 gas puffing 과 함께 수행할 예정이다. 안테나와 separatrix사이 간격이 좁혀질수록 안테나의 고주파 부하저항은 올라가는 것으로 알려져 있지만, 안테나에서의 sputtering을 통한 불순물 증가의 원인이 될 수 있으며, 이는 전체 플라즈마 에너지의 손실을 초래할 수 있다. 이를 보완하기 위해 고주파 입사시 플라즈마 외곽, 안테나 전면에 추가적인 연료 가스를 공급하게 되면, 안테나 주위의 플라즈마는 냉각되어 sputtering에 의한 불순물 방출을 줄일 수 있고, 안테나 전면의 플라즈마 밀도는 증가될 것이다. 이를 통한 고주파 부하저항의 증가에 의하여 동일한 고주파 최고전압의 한계 내에서 기존보다 더 큰 출력을 플라즈마에 전달할 수 있을 것이다. 본 발표에서는 단순한 외곽 플라즈마 모델에서의 고속파 전파에 따른 고주파 부하저항의 거동을 살펴봄으로써 예상할 수 있는 추가 gas puffing 효과와 출력 증대량을 설명하고, 구체적인 실험 방법을 토론하도록 하겠다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.297-297
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• 2010

KSTAR 토카막의 두번째 실험 캠페인 동안 고속파 전자가열 (FWEH)을 위한 ICRF 고주파입사 실험을 실시하였다. 토로이달 자기장은 2 T, 플라즈마 전류는 200-300 kA, 주반경은 1.8 m, 부반경은 0.5 m의 원형 플라즈마가 가열 대상이 되었으며, 네개의 ICRF 안테나 전류띠 가운데 중심부의 두개의 전류띠를 최대 300 kW로 구동하기 위한 운전 주파수는 44.2 MHz가 선택 되었다. 이 주파수는 플라즈마의 모든 영역에서 이온 사이클로트론 공명을 일으키지 않으므로 플라즈마에 흡수되는 대부분의 출력은 전자에게 전달될 것으로 기대되었다. 낮은 고주파-플라즈마 결합으로 인하여 전송선의 최대 고주파 전압이 허용치를 초과하기 때문에 비교적 낮은 최대 출력만이 허용 되었으나, ECE에 의해 관측된 전자의 온도는 국지적으로 최대 150 % 까지 증가하는 것을 확인 할 수 있었다. 낮은 고주파-플라즈마 결합의 첫번째 원인은 FWEH의 효율이 이온을 가열할 때 보다 상대적으로 낮기 때문이다. 플라즈마 내에 이온 사이클로트론 공명층이 형성되면 높은 효율로 고주파를 입사 할 수 있다는 것은 잘 알려진 사실이다. 또다른 원인은 D 형상의 플라즈마에 맞도록 만들어진 안테나와, 원형 플라즈마간의 부조화로 인하여 고속파 차단층이 (Fast Wave Cutt-off Layer) 평균적으로 넓게 형성되기 때문이다. 플라즈마 외곽에 반드시 존재하는 낮은 플라즈마 밀도의 고속파 차단층 내부에서, 중심부로 향하는 고주파의 진폭은 지수함수로 감쇠하므로 가능하면 플라즈마 밀도를 높여 차단층 자체의 폭을 줄이거나, 안테나 전류띠를 플라즈마에 바짝 접근시켜야만 한다. 고주파 진단 장치로는 송출기의 출력과 반사파 측정 장치, 공명루프의 전압 측정 장치가 있는데, 이것들을 이용하여 안테나에 전달되는 출력 및 고주파-플라즈마 결합 효율을 나타내는 플라즈마에 대한 고주파 부하 저항을 구할 수 있다. 측정 결과, 부하 저항의 최소값은 진공시 또는 ICRF만의 방전시의 값 0.25 Ohm 보다 큰 0.5 Ohm을 나타냈으며, 최대값은 플라즈마의 상태에 따라 1 Ohm에서 2 Ohm 사이에서 매우 빠르게 요동하는 것을 확인했다. Mm 파 반사계의 측정에 의하면 플라즈마 언저리의 위치가 약 3 cm 정도의 크기로 요동하는 것으로 나타났는데, 부하 저항과 언저리 위치의 파형이 정확하게 일치하지 않지만 유사한 경향성을 가진 것으로 보인다. 따라서 플라즈마 언저리 위치의 제어를 통하여 가열 효율을 높게 유지할 수 있음을 알 수 있다. 본 발표에서는 실험의 소개와 함께 부하 저항의 관점에서 가열 효율을 높일 방안을 토론하도록 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2006년도 제30회 학술논문발표회 초록집
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• pp.231-231
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• 2006

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제37회 하계학술대회 초록집
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• pp.283-283
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• 2009

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.295-295
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• 2010

KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) 토카막에 설치되어 있는 ICRF(Ion Cyclotron Range Frequency) 시스템을 이용한 방전세정을 2008년에 이어 2009 KSTAR 플라즈마 campaign 동안에도 시행하였다. ICRF 시스템을 이용한 방전세정인 ICWC(Ion Cyclotron Wall Cleaning)는 ITER와 DEMO 같은 초전도 자석을 이용하는 토카막에서 토카막 shot 중간에 자장을 낮추지 않고 바로 방전 세정을 할 수 있는 방법이다. 토카막에서 방전세정은 탄소나 산소 화합물과 같은 불순물을 제거하여 방사에 의한 플라즈마 냉각을 막고 토카막 초기 start-up시 진공 챔버 벽면으로부터 의도하지 않은 연료주입을 제거하는 역할을 한다. 본 연구에서는 ICWC 방전 세정 플라즈마의 밀도특성과 균일도를 간섭계와 $H_{\alpha}$ line 세기를 통해 관측하고 RGA를 통해서 C, $H_2O$, $O^2$ 불순물의 제거량을 파악하는 한편 토카막의 신뢰성 있는 start-up을 위해 요구되는 벽면에서 토카막 방전가스의 제거량을 HD양을 통해서 조사하였다. 플라즈마 선적분 밀도는 약 $1{\sim}3{\times}10^{17}#/m^2$로 측정되었는데 이는 보통 He을 이용한 방전세정 플라즈마의 밀도에 해당한다. 한편 $H_{\alpha}$ line의 세기를 통해 ICWC 방전 플라즈마의 균일도를 살펴본 결과 안테나 전류띠의 중간이 아닌 끝부분에서 $H_{\alpha}$의 세기가 큰 것으로 나타났는데 이는 ICWC 플라즈마가 Inductive 방전보다는 capacitive 방전에 의해 생성되는 것으로 추정된다. ICWC 방전에서 C, $H_2O$, $O_2$ 불순물의 제거율은 각각 약 $4.2{\times}10^{-5}\;mbar{\cdot}l/sec$, $1.4{\times}10^{-3}\;mbar{\cdot}l/sec$ 그리고 $1.72{\times}10^{-4}\;mbar{\cdot}l/sec$로 각각 나타났는데 ICWC shot이 진행될수록 이 양은 점점 줄어들었다. 대표적인 He/$H_2$, He ICWC 방전 shot인 2118, 2123 shot에서 벽면에서 $D_2$의 제거율은 각각 약 $0.12\;mbar{\cdot}l/sec$와 $3.9{\times}10^{-3}\;mbar{\cdot}l/sec$로 나타났다. 이는 수소의 첨가로 인해 HD의 형태로 $D_2$의 제거율이 증가되었기 때문이다. 한편 $H_2$의 첨가는 챔버 벽면에 흡착되는 $H_2$ 양을 또한 증가시키므로 차후에 $H_2$ 만을 제거하는 He ICWC를 수행해야 할 것이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.319-319
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• 2011

KSTAR ICRF 안테나 장치에서 외곽 플라즈마 밀도분포는 고주파 출력이 내부로 전달되는 효율을 위해 중요하게 다루어 진다. 따라서 1.5T의 자기장에서 플라즈마에 간섭없이 0~$10^{14}/cm^3$의 외곽 플라즈마 밀도분포를 측정할 수 있는 Q-band 대역의 x-mode 반사계가 필요 하였다. 헬리콘 플라즈마는 $10^{13}/cm^3$ 이상의 높은 플라즈마 밀도를 수 kW 이내의 rf power와, 수 MHz 대역의 고주파원을 사용하여 높은 에너지 효율로 얻을 수 있다. 이때 높은 플라즈마 밀도는 외곽 플라즈마 밀도 와 비슷하여 제작한 반사계를 테스트 할 수 있다. 본 연구에서는 x-mode microwave 반사계를 제작하고, 1kW rf power와 10MHz 고주파원으로 헬리콘 플라즈마를 생성하여 정전 탐침으로 진단하였고, 반사계의 Q-band대역의 주파수를 가변 하여 반사되어 나오는 마이크로파의 beat 주파수를 통해 밀도 분포를 얻어서 정전탐침과 비교 분석하였다.