Design of the diamagnetic loop, Mirnov coils and Rogowski coil for the MEDUSA-CR spherical tokamak

Abstract

El tokamak esférico MEDUSA-CR (Ip = 20 kA - 40 kA, BT = 0.5 T, R = 0.14 m) está bajo reconstrucción en el Laboratorio de Plasma de Costa Rica para Energía y Aplicaciones de Fusión. Una cámara de vacío externa y un sistema de bombeo de gas se elaboraron previamente para esta máquina. Ahora, un nuevo conjunto de diagnósticos magnéticos es diseñado para implementarse en MEDUSA-CR con el proposito de adquirir información relacionada a la posición, la corriente y el campo magnético toroidal del plasma. Los diagnósticos magnéticos previos instalados en MEDUSA-CR incluían un conjunto de 12 bobinas Mirnov y una bobina Rogowski, pero no se construyó ningún diamagnectic loop. Este proyecto se centra en el diseño de mecatrónica del nuevo conjunto de bobinas Mirnov, bobina Rogowski y diamagnetic loop para MEDUSA-CR. Una estructura mecánica completa, basada en las restricciones mecánicas de este tokamak, se desarrolla para los diagnósticos utilizando acero inoxidable 316L, gra to y nitruro de boro. Por otro lado, el sistema electrónico se diseña y el protocolo del sistema de adquisición de datos se elige en función de las propiedades del plasma a medir. Todos los sistemas están diseñados para operar en las condiciones requeridas por el reactor y el laboratorio. Además, se construyó, calibró e instaló un juego de bobinas de Mirnov en el GOLEM tokamak en la República Checa. En este proyecto se describe de manera completa de los procesos de construcción y calibración, así como los resultados de la implementación. La información obtenida por las bobinas Mirnov construidas del GOLEM tokamak se integra electronicamente y analiza numéricamente para establecer el primer paso hacia futuros procesos de medición en MEDUSA-CR.

MEDUSA-CR spherical tokamak (Ip = 20 kA { 40 kA, BT = 0.5 T, R = 0.14 m) is under recommission at the Costa Rica Plasma Laboratory for Fusion Energy and Applications. An external vacuum vessel and a gas pumping system were elaborated previously for this machine. Now, a new set of magnetic diagnostics is designed to be implemented in MEDUSA-CR with the purpose of acquiring information related to the position, the current and the toroidal magnetic eld of plasma. Previous magnetic diagnostics installed in MEDUSA-CR included a set of 12 Mirnov coils and a Rogowski coil, but not a diamagnetic loop system. This project is focused on the mechatronics design of the new set of Mirnov coils, Rogowski coil and diamagnetic loop for MEDUSA-CR. A complete mechanical structure, based on this tokamak mechanical constraints, is developed for the diagnostics using 316L stainless steel, graphite and boronnitride. On the other hand, the electronic system in designed and the data acquisition system protocol is chosen based on the measuring plasma properties. All systems are opted to operate under conditions required by the reactor and the laboratory. Furthermore, a Mirnov set was constructed, calibrated and installed at GOLEM tokamak in Czech Republic. A complete description of the construction and calibration processes, as well as the implementation results, are described in this project. Information obtained by the constructed Mirnov coils from GOLEM tokamak is numerically integrated and analyzed to set a cornerstone for future measurements in MEDUSA-CR program.