Распространение электронно-циклотронных волн в субрелятивистской плазме
Диссертация
Сделаны оценки ширины энерговклада при распространении пучков конечного диаметра в схеме с тангенциальной инжекцией. Пучок моделировался набором геометрооптических лучей с гауссовым распределением мощности. Показано, что для пучка диаметром порядка 10 см тангенциальная инжекция обеспечивает более узкий энерговклад по сравнению со схемой, где центральный луч пучка пересекает магнитную поверхность… Читать ещё >
Содержание
- 1. Теория переноса интенсивности электромагнитных волн в средах с резонансной диссипацией
- 1. 1. О проблемах феноменологического определения энергетических характеристик электромагнитных волн в диссипативных средах. Построение лучевого описания для волновых полей при учете диссипации
- 1. 2. Поток энергии электромагнитных волн в анизотропных диссипативных средах с пространственной дисперсией
- 1. 2. 1. Стационарное волновое поле- поток энергии в диспергирующей среде
- 1. 2. 2. Сравнение модифицированного и стандартного выражений для потока энергии
- 1. 2. 3. Геометрическая оптика диспергирующих сред с диссипацией
- 1. 3. Пространственно-временная динамика волновых полей в средах с резонансной диссипацией
- 1. 3. 1. Нестационарное волновое поле. Плотность и поток энергии
- 1. 3. 2. Перенос интенсивности- групповая скорость
- 1. 3. 3. Примеры сред: ансамбль гармонических осцилляторов- магнитоактивная плазма (обыкновенная волна)
- 1. 4. Об учете дифракции в рамках квазигеометрооптического описания
- 1. 4. 1. Обоснование корректности метода комплексного эйконала при учете кривизны лучевых трасс
- 1. 5. Основные результаты главы
- 2. Численный код для расчета распространения и поглощения ЭЦ-волн в крупномасштабной тороидальной термоядерной установке
- 2. 1. Параметры плазмы (проект ITER)
- 2. 2. Тензор диэлектрической проницаемости субрелятивистской (теплой) плазмы
- 2. 3. Построение действительного лучевого гамильтониана- учет поглощения и граничные условия
- 2. 4. Модель СВЧ пучка
- 2. 5. Тестирование кода
- 2. 6. Основные результаты главы
- 3. Тангенциальная инжекция ЭЦ-волн в крупномасштабную тороидальную ловушку
- 3. 1. Об использовании электронно-циклотронного нагрева для подавления тиринг-неустойчивости
- 3. 2. Особенности поглощения ЭЦ волн в окрестности точки отражения при «вертикальном» вводе СВЧ мощности
- 3. 3. Определение области энерговклада при тангенциальной инжекции
- 3. 3. 1. Оптимизация в рамках однолучевого приближения
- 3. 3. 2. Учет конечной ширины пучка
- 3. 4. Некоторые сравнительные оценки ширины энерговклада при квазипоперечном распространении СВЧ мощности
- 3. 5. Основные результаты главы
Список литературы
- V.V. Alikaev, A.G. Litvak, E.V. Suvorov E.V. and A.A. Fraiman. Electron Cyclotron Heating of Toroidal Plasmas // High-Frequency Plasma Heating/ ed. A.G. Litvak. -New York: American 1. stitute of Phys., 1992. P. 1−61.
- V.V. Alikaev, E.V. Suvorov. Electron-Cyclotron Plasma Heating and Current Drive in Toroidal Devices // Application of High-Power Microwaves./ ed. A.V. Gaponov-Grekhov, V.L. Granatstein. Boston-London: Artech House, 1994. P. 111−144.
- Development of High-Power Microwave Sources // Strong Microwaves in Plasmas/ ed. A.G. Litvak. Proc. of the International Workshop, Nizhny Novgorod, 2−9.08.1999. N. Novgorod, IAP, 2000. V. 2. P. 591−986.
- A.V. Gaponov-Grekhov, V.L. Granatstein. High-Power Microwave Electronics: A Survey of Achievements and Opportunities // Application of High-Power Microwaves/ ed. A.V. Gaponov-Grekhov, V.L. Granatstein. Boston-London: Artech House, 1994. P. 1−22.
- A.G. Litvak, G.V. Permitin, E.V. Suvorov and A.A. Fraiman. Electron-cyclotron heating of plasma in toroidal systems // Nuclear Fusion. 1977. V. 17. N. 14. P. 659 665.
- B.JI. Гинзбург. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.: Наука, 1967. 683 с.
- E. Westerhof. Wave propagation through an electron cyclotron resonance layer // Plasma Phys. Controll. Fusion. 1997. V. 39. P. 1015−1029.
- М.Д. Токман. О влиянии дифракции и пространственной дисперсии на точность определения профилей энерговклада квазиоптических волновых пучков при ЭЦР в крупномасштабных тороидальных установках // Физика плазмы. 1997. Т. 23. N 12. С. 1104.
- Н. Bindslev. Relativistic effects in plasma reflectometry // Plasma Phys. and Contr. Fusion. 1992. V. 34. P. 1601.
- H. Bindslev. Relativistic expressions for plasma cutoffs // Plasma Phys. and Contr. Fusion. 1993. V. 35. P. 1093.
- M. Bornatici, U. Ruffina. Analytical and numerical study of the relativistic dispersion relation of the extraordinary mode for a relativistic loss-cone electron distribution // Plasma Phys. and Contr. Fusion. 1988. V. 30. P. 113.
- G. Smith, L.D. Pearlstein et.al. Weakly relativistic modelling of refraction and absorption fro waves with Small N|| // Proc. 9-th Jonint Worlshop on ECE and ECRH, Borrego Springs, California, 23−26 Jan., 1995/ ed. J. Lohr. P. 651−657.
- J.L. Segui, Y. Michelot, G. Giruzzi et. al. Measurement of the optical depth at the third electron cyclotron harmonic in tokamak plasma // Proc. 21-st EPS Conf. on Contr. Fusion and Plasma Physics/ ed. R. Pick. Geneva, EPS, 1994. V. 2. P. 1004.
- E. Mazzucato. Propagation of a Gaussian beam in a nonhomogeneous plasma // Phys. Fluids. 1989. V. Bl. P. 1855−1859.
- E. Mazzucato. Relativistic effects on microwave reflectometry // Phys. Fluids B. 1992. V. 4. N. 10. P. 3460−3461.
- M. Brambilla. Kinetic Theory of Plasma Waves. Oxford, Oxford University Press, 1998.
- B.D. Fried, S.D. Conte. The plasma dispersion function. New York, Academic Press, 1961.
- B.B. Железняков. Излучение в астрофизической плазме. М.: «Янус-К», 1997. 528 с.
- V. Krivensky, A. Orefice. Weakly relativistic dielectric tensor and dispersion functions of a Maxvellian plasma // J. Plasma Physics. 1983. V. 30. P. 125−132.
- P.A. Robinson. Relativistic plasma dispersion functions // J. Math. Phys. 1986. V. 27. P. 1206−1214.
- I.P. Shkarofsky. New representations of dielectric tensor elements in magnetized plasma // J. Plasma Physics. 1986. V. 35. P. 319−331.
- B.M. Агранович, B.Jl. Гинзбург. Кристаллооптика с учетом пространственной дисперсии и теория экситонов. М.: Наука, 1965. 374 с.
- А.И. Ахиезер, И. А. Ахиезер, Р. В. Половин. Электродинамика плазмы. М.: Наука, 1974. 719 с.
- А.Д. Пилия, В. А. Федоров. Электронный циклотронный нагрев плазмы в токамаках // Вопросы теории плазмы. Вып. 13./ под ред. Б. Б. Кадомцева. -М.: Энергоатомиздат, 1984. С. 262−304.
- В.В. Аликаев, А. Г. Литвак, Е. В. Суворов, А. А. Фрайман. Электронно-циклотронный нагрев плазмы в тороидальных системах // Высокочастотный нагрев плазмы/ под ред. А. Г. Литвака. Материалы всесоюзного совещания. -г.Горький, ИПФ, 1983. С. 6−70.
- К. Hamamatsu, A. Fukuyama. Numerical analysis of electron cyclotron current drive with suppressed Doppler broadening // Plasma Phys. and Contr. Fusion. 2000. V. 42. P. 1309−1320.
- E. Westerhof. Requirements on heating or current drive for tearing mode stabilization by current profile tailoring // Nuclear Fusion. 1987. V. 27. N. 11. P. 1929−1934.
- E. Westerhof. On tearing mode stabilization by local current density perturbations // Nuclear Fusion. 1990. V. 30. N. 6. P. 1143−1147.
- Chapter 1. Overview and summary. Chapter2. Plasma confinement and transport, j I Nuclear Fusion. 1999. V. 39. N. 12.
- L. Brillouin. Wave propagation and group velocity. New York, Academic Press, 1960.
- A.B. Тимофеев. Гауссовы пучки волн в неоднородных анизотропных средах. Препринт ИАЭ-5814/6. М.: ИАЭ, 1994. 4 с.
- E. Westerhof. Hot plasma dielectric tensor // Transactions of fusion technology. Proceedings of third Carolus Magnus Summer School on Plasma Physics. 1998. V. 33. P. 139−144.
- B.JI. Гинзбург. Теоретическая физика и астрофизика. М.: Наука, 1967. 487 с.
- Л.Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1989. 621 с.
- А.И. Смирнов, М. Д. Токман. О потоке энергии и лучевых траекториях электромагнитных волн в плазме в области циклотронного затухания Ландау // ЖЭТФ. 1996. Т. 110. N 2(8). С. 549−558.
- А.В. Тимофеев. Циклотронные колебания равновесной плазмы // Вопросы теории плазмы. Вып. 14/ под. ред. Б. Б. Кадомцева. М.: Энергоатомиздат, 1985. С. 56−220.
- G. Bekefi. Radiation Processes in Plasmas. New York, John Wiley and Sons Inc., 1966.
- Т.Н. Stix. Waves in Plasmas. New York, Amer. Inst, of Phys., 1992.
- M. Tanaka, М. Fujiwara and H. Ikegami. Propagation of a Gaussian wave packet in an absorbing medium // Phys. Rev. A. 1986. V. 34. P. 4851.
- M. Tanaka. Description of a wave packet propagating in anomalous dispersion media-a new expression of propagation velocity // Plasma Phys. and Contr. Fusion. 1989. V. 31. P. 1049.
- S. Chu, S. Wong. Linear Pulse Propagation in an Absorbing Medium // Phys. Rev. Letters. 1982. V. 48. P. 738.
- L.J. Wang, A. Kuzmich, A. Dogariu. Gain-assisted superluminal light propagarion // Nature. 2000. V. 406. P. 277−279.
- M.A. Bornatici et. al. Electron Cyclotron Emission and Absorption in Fusion Plasmas // Nucl. Fusion. 1983. V. 23. P. 1153−1257.
- Г. В. Пермитин, А. И. Смирнов, И. Г. Кондратьев. Дифракция волновых пучков в плавно неоднородных средах // Изв. Вузов Радиофизика. 1993. Т. 36. N 7. С. 616−622.
- А.И. Смирнов, Г. В. Пермитин. Квазиоптика плавно неоднородных изотропных сред. Безаберрационное приближение. Препринт N364. Н. Новгород: ИПФ РАН, 1994. 27 с.
- Г. В. Пермитин, А. И. Смирнов. Квазиоптика плавно неоднородных изотропных сред // ЖЭТФ. 1996. Т. 109. N 3. С. 736−751.
- JI.E. Захаров, В. Д. Шафранов. Равновесие плазмы с током в тороидальных системах // Вопросы теории плазмы. Вып. 11/ под ред. М. А. Леонтовича и Б. Б. Кадомцева. М.: Энергоиздат, 1982. С. 118−233.
- X. Антосевич. Функции Бесселя дробного порядка // Справочник по спецфункциям/ под ред. М. Абрамовица и И. Стигана. М.: Наука, 1979. С. 254.
- I. Fidone, G. Granata and R.L. Meyer. Role of the relativistic mass variation in electron cyclotron resonance wave absorption for oblique propagation // J. Math. Phys. 1982. V. 25. N. 12. P. 2249−2263.
- S. Pesic. Wave-plasma interaction near the second electron cyclotron harmonic // Phys. Fluids. 1988. V. 31. N. 1. P. 115−122.
- Л.Д. Ландау, E.M. Лифшиц. Механика. M.: Физматгиз, 1958. 202 с.
- H. Hsuan, E.D. Fredrickson. ECH/ECCD for the Control of MHD Stability in Large Tokamaks // Contr. papers of 9-th Joint Workshop on ECE and ECH"/ ed. J. Lohr. Singapore: World Scientific Publishing, Co. Pte Ltd, 1995. P. 285−290.
- E. Westerhof. Propagation of a Wave Beam through Cyclotron Resonance // Contr. Papers of 23-rd EPS Conf. on Controll. Fusion and Plasma Phys./ ed. D. Gresillon, A. Sitenko and A. Zagorodny. Kiev, 1996.
- M.D. Tokman. On the EC current drive efficiency in large-scale tokamaks // Proc. 9-th Joint Workshop on ECE and ECRH, Borrego Springs (California). Singapore: World Scientific, 1995. P. 51−61.
- E. Янке, Ф. Эмде, Ф. Леш. Специальные функции. М.: Наука, 1964. 344 с.
- N.J. Fisch. Theory of Current Drive in Plasmas // Rev. Mod. Phys. 1987. V. 59. P. 175−234.
- A.Yu. Kuyanov, A.A. Skovoroda, M.D. Tokman. On the influence of quasi-linear distortion of the electron distribution function on ECCD efficiency // Plasma Phys. and Contr. Fusion. 1997. V. 39. P. 277−289.
- И.Г. Кондратьев, Г. В. Пермитин, А. И. Смирнов. Распространение широких волновых пучков в плавно неоднородных средах // Радиофизика. 1980. Т. 23. N. 10. С. 1195−1203.
- C. Maroli, V. Petrillo. Anomalous behaviour of the group velocity for ordinary waves in the electron-cyclotron region // Plasma Phys. and Contr. Fusion. 1981. V. 23. P. 671−676.
- I.P. Shkarofsky. Dielectric tensor in Vlasov plasmas near cyclotron harmonics // Phys. Fluids. 1966. V. 9. P. 561−570.
- G.R. Smith. Alfven ion-cyclotron instability in tandem-mirror plasmas // Phys. Fluids. 1984. V. 27. P. 1499−1513.
- А1. М. Д. Токман, М. А. Гаврилова. К теории ЭЦ нагрева плазмы в крупномасштабных тороидальных установках при вертикальном вводе СВЧ-мощности. Физика плазмы., 24, 573−575 (1998).
- А2. М. А. Балакина, М. Д. Токман, О. Б. Смолякова. Численное моделирование ЭЦ нагрева в токамаке при тангенциальной инжекции СВЧ излучения. Физика плазмы, 29, 60−71 (2003).
- A3. Е. Westerhof, M.D. Tokman and М.А. Gavrilova. Wave power flux and ray-tracing in regions of resonant absorption. Plasma Phys. and Control. Fusion, 42, 91−98 (2000).
- A4. E. Вестерхоф, М. Д. Токман, М. А. Гаврилова. О потоке энергии стационарных электромагнитных волн в анизотропных диссипативных средах с пространственной дисперсией. ЖЭТФ, 118, 1319−1324 (2000).
- A8. M.D. Tokman, E. Westerhof and M.A. Gavrilova. Ray-tracing through EC resonance and the wave energy flux. Fusion Engineering and Design, 53, 47−51 (2001).
- А9. M.D. Tokman, E. Westerhof, M.A. Gavrilova. Ray-tracing through EC resonance and the wave energy flux. IAEA, TCM on ECRH Physics and Technology for Fusion Devices and EC-11, Oh-arai, Ibaraki, Japan 4 8 Oct., 1999. JAERI-Memo 12−041 (2000). P. 64−69.
- A12. М. Д. Токман, M.A. Гаврилова. О квазигеометрооптической методике описания дифракционных эффектов при распространении волновых пучков в плазме. Физика плазмы, 24, 99−100 (1998).
- А13. M.D. Tokman, M.A. Gavrilova. On the Plasma EC-Heating in Tokamaks at Vertical EC-waves Launch // ICPP&25-th EPS Conf. On Contr. Fusion and Plasma Physics, 29 June 3 July, Prague (Czech Republic). ECA. V. 22C (1998). P. 1372−1373.
- A14. E. Westerhof, M.D. Tokman, M.A. Balakina. Poynting theorem and spatio-temporal dynamics of HF field intensity in regions of resonant absorption // Contr. Papers 12-th Joint Workshop on ECE and ECRH, Aix-en-Provence (France), 1316.05.2002. P. 27.
- A15. M.D. Tokman, E. Westerhof, M.A. Gavrilova. Wave power balance in resosnant dissipative media with spatial and temporal dispersion // Nuclear fusion, (to be published), 2003.
- A16. M.A. Balakina, O.B. Smolyakova, M.D. Tokman. Geometro-optical code for ray-tracing in warm plasmas // Proc. of 5-th International Workshop «Strong microwaves in plasmas», Nizhny Novgorod, Russia, 1−9.08.2002, in print.
- A17. M.A. Balakina, O.B. Smolyakova, M.D. Tokman. Numerical simulation of EC-heating at the tangent injection of RF radiation in tokamak // Contr. Papers 12th Joint Workshop on ECE and ECRH, Aix-en-Provence (France), 13−16.05.2002. P. 53.