Іонний циклотронний нагрів плазми із значним ефектом Доплера

 

Я. І. Колесниченко, В. В. Луценко, Т. С. Руденко

 

Інститут ядерних досліджень НАН України, Київ, Україна

 

     Аналіз роботи [1], де  було показано принципову можливість покращення утримання енергійних йонів при йонно-циклотронному нагріві плазми (ICRH) за рахунок спеціально вибраних характеристиках ВЧ-поля (названого ICRH-D),  було розширено. Метою цього було з’ясувати, по-перше, вплив тривимірної природи квазілінійної еволюції і, по-друге,  вплив кулонівських зіткнень на характеристики частинок.

    Було знайдено, що добре відомий  в теорії  ICRH  «пінч-ефект» захоплених частинок призводить до зменшення або збільшення популяції захоплених частинок, залежно від знаку тороїдального модового числа, n, тобто залежно від напрямку поширення хвилі вздовж великого азимута тора. Цей вплив реалізується через зміну величини , де  -- максимальне значення пітч-кутового параметру для пролітних частинок та -- пітч, що визначає сепаратрису в фазовому просторі характеристик квазілінійного оператора ( при ICRH-D). Однак, оскільки пінч-ефект, головним чином, пов’язаний з взаємодією хвиля-частинка біля точок повороту частинки,  він може мати місце лише при застосуванні антени, що збуджує хвилі з дуже великими поздовжніми хвильовими числами (на відміну від взаємодії під час звичайного ICRH).  Що стосується пролітних частинок, їх радіальне  зміщення виявилося  пропорційним квадрату ларморівського радіуса, а отже невеликим.   Тому в цій роботі для розгляді впливу кулонівських зіткнень було використано двовимірне квазілінійне рівняння. Кулонівське пітч-кутове розсіювання є фактором, який може спричинити утворення захоплених частинок при ICRH-D. Тому потрібно знайти умови, за яких його вплив є мінімальним. Для цього з квазілінійного рівняння було отримано вирази для потоку частинок по пітч-кутам, спричиненому квазілінійною дифузією та потоку, викликаному зіткненнями.  Порівнюючи ці вирази, отримано обмеження на характеристики ВЧ-поля, які дозволяють мінімізувати негативний вплив пітч-кутового розсіювання.

    Робота частково підтримана коштами проекту УНТЦ-НАНУ №6392 та коштами бюджетної програми «Підтримка розвитку пріоритетних напрямів наукових досліджень» (КПКВК 6541230).

 

1.    Ya. I. Kolesnichenko, V. V. Lutsenko, T. S. Rudenko and P. Helander Nucl. Fusion (2017) 066004