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Stability analysis of plasma waves driven by runaway electrons in tokamak hot plasmas

C. Castaldo, L. Della Volpe, R. Fedele, W. Bin, P. Buratti, A. Cardinali, F. Napoli, M. Marinucci, G. Apruzzese, C. Cianfarani2024年8月Nuclear FusionIF 3出版社

The local stability analysis of plasma waves driven by runaway electrons (REs) has been performed considering hot plasma Maxwellian background, with electron and ion temperatures of the order of 1 keV. It is shown that hot plasma waves, namely electron plasma waves (EPWs) and ion Bernstein waves (IBWs) can be driven unstable by RE at their coalescence frequency via Cherenkov resonance by RE with energy distribution peaked at about 8 MeV. A skew-normal distribution is used as a model of the RE energy distribution. The EPW and IBW couples of waves occur between any successive ion-cyclotron harmonics frequencies nfci, above the lower hybrid resonance. At their confluence, the perpendicular group velocity vanishes and significant RF emissions are expected. The frequency gap between two successive confluences is ∼fci. Groups of RF line emissions, separated by almost constant frequency gap ∼fci/2 are detected during various quiescent runaway plasma discharges in the FTU tokamak. The analysis of a specific discharge suggests that the frequencies of the line emissions observed and the frequencies occurring at the EPW-IBW confluences are in reasonable agreement. A possible explanation of the line emissions with ∼fci/2 gap in terms of nonlinear mode coupling is proposed.

日本語訳

逃走電子(REs)によって駆動されるプラズマ波の局所安定性解析を、電子温度とイオン温度が約1 keVのオーダーの高温プラズマのマクスウェル背景を考慮して行った。高温プラズマ波、すなわち電子プラズマ波(EPW)とイオンバーンスタイン波(IBW)は、約8 MeVにピークを持つエネルギー分布を持つREによるチェレンコフ共鳴を介して、それらの合流周波数においてREによって不安定化され得ることが示される。歪正規分布がREエネルギー分布のモデルとして用いられる。EPWとIBWの波動対は、低域混成共鳴より上で、任意の連続するイオンサイクロトロン高調波周波数 nfci の間に発生する。それらの合流点では、垂直群速度がゼロになり、顕著なRF放射が予想される。連続する2つの合流点間の周波数間隔は ∼fci である。ほぼ一定の周波数間隔 ∼fci/2 で分離されたRF線放射のグループが、FTUトカマクにおける様々な静穏な逃走プラズマ放電中に検出される。特定の放電の解析は、観測された線放射の周波数とEPW-IBW合流点で生じる周波数が妥当な一致を示すことを示唆する。∼fci/2 間隔の線放射について、非線形モード結合の観点からの可能な説明が提案される。

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Runaway electronPlasma waves

AIによる論文要約

Stability analysis of plasma waves driven by runaway electrons in tokamak hot plasmas
ENThis paper is of interest to fusion researchers studying the behavior of runaway electrons and their interaction with plasma waves in tokamak devices. It provides insights that can help understand and potentially mitigate the effects of runaway electrons in fusion plasmas.#FusionPlasmas #RunawayElectrons #PlasmaWaves #TokamakPhysics

This paper analyzes the stability of plasma waves driven by runaway electrons in hot tokamak plasmas. It shows that electron plasma waves and ion Bernstein waves can be driven unstable by runaway electrons, leading to RF emissions. The analysis suggests that the observed line emissions in tokamak discharges are related to the confluence of these waves.

プラズマ中を走る暴走電子によって駆動されるプラズマ波の安定性解析
JAプラズマ物理、核融合研究に携わる研究者や学生が対象です。暴走電子によるプラズマ波の不安定化メカニズムを理解し、実験結果との対応を学ぶことができます。#プラズマ波#暴走電子#チェレンコフ共鳴#RF放射線#核融合プラズマ

この論文では、トカマクの高温プラズマ中で暴走電子によって励起されるプラズマ波の安定性解析を行っています。電子プラズマ波と イオンベルンシュタイン波が暴走電子のチェレンコフ共鳴により不安定化し、FTUトカマクで観測された特徴的な周波数間隔のRF放射線の発生を説明しています。

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