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Power deposition profiles and Poynting vector distribution of phased antenna arrays in the ion-cyclotron resonance heating of a NET/INTOR-type tokamak

V.P. Bhatnagar, R. Koch1986年被引用 6Nuclear FusionIF 3出版社

The heating produced by magnetosonic waves launched from phased antenna arrays in the ioncyclotron range of frequencies is studied for a large tokamak with NET/INTOR-like parameters. The model used combines a 3-D planar, cold-plasma, antenna-plasma coupling code and a 3-D non-circular, toroidal, hot-plasma/ray-tracing code. First, the fractional power absorption of a ray during a single transit through the absorption layer is studied in a D-T plasma indicating total absorption in all INTOR cases except during the initial state characterized by low plasma temperature and density. However, in this case the single-pass wave absorption can be increased considerably by adding a few per cent of hydrogen. Further, complete power deposition profiles and Poynting vector distributions are presented for 'symmetric' and 'antisymmetric' 2 × 2 antenna array configurations with k||-shaping. Excitation of coaxial modes has, for the first time, been demonstrated explicitly by analysis of the Poynting vector distribution in real space. An antenna configuration with a π-phasing in the z-direction (such that the radiated power spectrum peaks at k|| ≅ 5 m−1) and the choice of 3λ/4 long antenna elements with 'symmetric' excitation in the y-direction, are found to produce central RF power deposition profiles in the secondharmonic and minority heating of INTOR. Finally, from a comparison of results for circular and non-circular NET/INTOR plasmas with elongation κ = 1.6, it is found that in the latter wave focusing is greatly reduced and that the power density figures are lower by approximately a factor of 1.9 for the case treated.

日本語訳

磁気音波によって生成される加熱について、位相配列アンテナからイオンサイクロトロン周波数帯で打ち上げられる波を用いて、NET/INTOR類似パラメータを持つ大型トカマクに対して研究が行われた。使用されたモデルは、3次元平面冷プラズマ・アンテナ-プラズマ結合コードと、3次元非円形トロイダル高温プラズマ・光線追跡コードを組み合わせたものである。まず、吸収層を単一通過する際の光線の電力吸収割合がD-Tプラズマにおいて研究され、プラズマ温度と密度が低い初期状態を除くすべてのINTORケースで完全吸収が示された。しかし、この場合でも、数パーセントの水素を添加することで単一通過波吸収を大幅に増加させることができる。さらに、k||整形を施した「対称」および「反対称」の2×2アンテナアレイ構成について、完全な電力堆積プロファイルとポインティングベクトル分布が提示された。同軸モードの励起は、実空間におけるポインティングベクトル分布の解析によって初めて明確に実証された。z方向にπ位相シフトを持つアンテナ構成(放射電力スペクトルがk|| ≅ 5 m⁻¹でピークとなるもの)と、y方向に「対称」励起を持つ3λ/4長アンテナ素子の選択は、INTORの第二高調波加熱および少数種加熱において中央部RF電力堆積プロファイルを生成することが見出された。最後に、伸長度κ = 1.6を持つ円形および非円形NET/INTORプラズマの結果の比較から、後者では波の集束が大幅に減少し、電力密度の値が扱ったケースにおいて約1.9倍低くなることが見出された。

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