A two-dimensional symmetric fluid model is established to study the influence of radio frequency (RF) wave driving frequency on the capacitively coupled plasma discharge. The relationship between the driving frequency and electron density is obtained by solving the electron energy balance equation. The calculation results show that the average electron density first increases rapidly with the increase in driving frequency and then gradually tends to saturation at a threshold frequency. A fluid simulation is also carried out, which provides similar results. Physical studies on this phenomenon are conducted, revealing that the essence of this phenomenon is due to the inability of electrons to quickly respond to potential changes within the boundary sheath when the driving frequency of RF exceeds the plasma frequency. In addition, it is also found that increasing gas pressure can enhance the electron density and the type of gas can also affect the electron density.

Abstract Based on the Monte Carlo simulation method, this study used the SDTrimSP software to explore the sputtering and vacancy distribution of W 1 − x Re x (x = 0, 0.05, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25) alloys with (110), (100), and (111) surfaces under helium ion bombardment. Since the surface binding energy in the SDTrimSP software is replaced by cohesive energy, this causes certain difference. So we used LAMMPS to re-scan the surface binding energy of three crystal planes with an index of one at different W-Re alloy ratios to enhance computational accuracy. Subsequently we input this value into the SDTrimSP software to compute the sputtering and vacancy under different incident energies and angles. The results show that (110) crystal plane has the smallest sputtering yield which is related to the surface binding energy. With the increasing concentration of Re atoms in the alloys, the sputtering yield of W-Re alloy linearly increases. Compared with pure W, the difference in sputtering yields and vacancies of W-Re alloys in three crystal planes are not significant. These findings can be valuable when selecting materials for plasma-facing applications in fusion reactor design.

Abstract In this study, the impact of a non-inductive current drive, such as electron cyclotron current drive, on three-dimensional (3D) magnetic islands in the high- β equilibrium of the Chinese First Quasi-axisymmetric Stellarator (CFQS) was investigated using the HINT code. In the case of a high- β equilibrium (volume-averaged plasma beta < β > ∼ 0.74% and bootstrap current I bs ∼ 24.5 kA), two m / n = 4/2 rational surfaces with large magnetic islands develop (Wang et al 2021 Nucl. Fusion 61 036021). The islands can be effectively controlled using a constant or a Gaussian current density profile, depending on the direction and amplitude of the current. With a constant current density amounting to a total current of −6 kA, the rotational transform profile can be modified such that the m / n = 4/2 rational surface is eliminated and the island is suppressed. For the Gaussian current density profile, the magnetic island can also be suppressed using a smaller total current of ∼−2 kA to adjust the iota profile. These results suggest that in the CFQS stellarator, the external current drive might be an efficient approach for controlling 3D magnetic islands and consequently improving plasma confinement.