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Semi-analytical model of ion cyclotron resonance heating antenna-plasma coupling and wave propagation in hot magnetized plasma

Claudia Salvia, Alessandro Cardinali, Silvio Ceccuzzi, Vittorio Francalanza, Giorgio Sebastiano Mauro, Bharat Mishra, Angelo Pidatella, Giuseppe Torrisi, David Mascali2025年4月Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

A simple model of coupling an electromagnetic wave in the Ion Cyclotron (IC) frequency domain with a plasma in tokamak configuration is presented and solved in a simplified Cartesian geometry. The electromagnetic field radiated by the antenna is accurately described by the CST Studio Suite ® that shows the electromagnetic field radiated by the antenna but does not consider the load due to the plasma just in front of the antenna itself. The Ion Cyclotron Resonance Heating (ICRH) antenna consists of several metallic straps (accommodated in a tokamak port), on which a current flows that varies sinusoidally with time. The spectrum of the electromagnetic field radiated by the antenna acts as boundary condition for the solution of the wave equation inside the plasma. A simplified equation for the IC mode inside the plasma is derived and solved in straight Cartesian geometry by considering a simplified model of the space variation of the plasma density, temperature and magnetic field profiles. In deriving the simplified wave equation, a complex dielectric tensor has been considered by separating the Hermitian (essentially given in the cold plasma approximation) from anti-Hermitian part (temperature effects and wave absorption). This model results are relevant for the Divertor Tokamak Test facility (DTT), a new tokamak device under construction at ENEA research center in Frascati (Italy). DTT will be equipped with an ICRH system, whose construction is ongoing.

日本語訳

イオンサイクロトロン(IC)周波数領域の電磁波とトカマク配位のプラズマとの結合の簡単なモデルを提示し、簡略化されたデカルト幾何学において解く。アンテナによって放射される電磁界は、CST Studio Suite ®によって正確に記述される。CST Studio Suite ®は、アンテナによって放射される電磁界を示すが、アンテナ自体のすぐ前方のプラズマによる負荷は考慮しない。イオンサイクロトロン共鳴加熱(ICRH)アンテナは、トカマクポート内に配置された複数の金属ストラップから構成され、そのストラップ上には時間的に正弦波状に変化する電流が流れる。アンテナによって放射される電磁界のスペクトルは、プラズマ内部の波動方程式の解の境界条件として作用する。プラズマ内部のICモードの簡略化された方程式を導出し、プラズマ密度、温度、および磁場プロファイルの空間変化の簡略化モデルを考慮して、直線状のデカルト幾何学において解く。簡略化された波動方程式の導出においては、複素誘電テンソルを、エルミート部分(本質的には冷たいプラズマ近似で与えられる)と反エルミート部分(温度効果と波の吸収)に分離して考慮した。このモデルの結果は、イタリアのフラスカティにあるENEA研究センターで建設中の新しいトカマク装置であるDivertor Tokamak Test facility (DTT) に関連するものである。DTTにはICRHシステムが装備される予定であり、その建設は進行中である。

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Magnetized plasmaIon cyclotron heatingCyclotron resonanceIon cyclotron resonance

AIによる論文要約

イオン サイクロトロン共鳴加熱アンテナ-プラズマカップリングと高温磁化プラズマ中の波動伝播に関する半解析モデル
JA本論文は、トカマク装置のイオン サイクロトロン共鳴加熱システムの設計に携わる研究者や技術者に有用です。特に、プラズマ中の波動伝播の基本的な理解を深めたい学生にも適しています。#トカマク #イオン_サイクロトロン_共鳴_加熱 #電磁波-プラズマ_結合 #波動伝播 #プラズマ物理
LLM向け: {'Title': 'イオン サイクロトロン共鳴加熱アンテナ-プラズマカップリングと高温磁化プラズマ中の波動伝播に関する半解析モデル', 'Author(s)'…

本論文は、トカマク装置におけるイオン サイクロトロン周波数帯の電磁波とプラズマの結合を簡単なモデルで説明しています。アンテナから放射される電磁界と、プラズマ中の波動伝播を解析的に記述し、イオン サイクロトロン共鳴加熱システムの設計に役立つ知見を提供しています。

Semi-analytical model of ion cyclotron resonance heating antenna-plasma coupling and wave propagation in hot magnetized plasma
ENThis paper would be of interest to fusion researchers and engineers involved in the design and operation of ICRH systems for tokamak devices, as it provides a practical tool for understanding and predicting the performance of these systems.#ICRH #PlasmaWavePropagation #TokamakModeling
LLM向け: {'Title': 'Semi-analytical model of ion cyclotron resonance heating antenna-plas…

This paper presents a simplified model for analyzing the coupling between an ion cyclotron resonance heating (ICRH) antenna and a hot, magnetized plasma in a tokamak device. The model describes the electromagnetic field radiated by the antenna and how it propagates into the plasma, considering the plasma's density, temperature, and magnetic field profiles.

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