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Variational theory of ion cyclotron resonance heating in tokamak plasmas

D.J. Gambier, A. Samain1985年被引用 69Nuclear FusionIF 3出版社

The electromagnetic perturbation produced through a set of antennas in a tokamak plasma is studied near the ion cyclotron resonances and the two-ion hybrid resonance. Using an appropriate variational principle, it is possible to derive ' the perturbed field (the compressional wave and the converted torsional wave) with the help of relatively smooth test functions of the compressional type. The method produces conditions under which the variational functional L, an extremum with respect to the perturbation, can be written in a suitable manner for computer handling. Moreover, this functional provides an expression for the power damped by the thermal motion of particles, and in the two-ion hybrid regime it provides the power coupled to the converted wave. The ion cyclotron resonance leads to different regimes for the ratio of the parallel scalelength, λ, of the field and the intrinsic parallel scale of the resonance, λc, with λc ≈|v||/∇||ωc|1/2 The usual WKB formulas used by previous authors appear to be limited to the case λ < λc only, and new formulas are given for λ ≥ λc. In the mode conversion case, the method generalizes Budden's results, with restrictions taking into account the non-uniformity effects along the resonance surface.

日本語訳

トカマクにおける一連のアンテナによって生成される電磁摂動を、イオンサイクロトロン共鳴および二イオン混成共鳴の近傍において研究する。適切な変分原理を用いることにより、比較的滑らかな圧縮波型の試験関数を用いて、摂動場(圧縮波および変換されたねじれ波)を導出することが可能である。この方法は、摂動に関する極値である変分汎関数Lが、計算機処理に適した形で記述できるための条件を与える。さらに、この汎関数は、粒子の熱運動による電力減衰の表式を提供し、二イオン混成領域では、変換された波に結合する電力の表式を与える。イオンサイクロトロン共鳴は、場の平行方向スケール長λと共鳴の固有の平行方向スケールλcとの比に応じて異なる領域をもたらし、λc ≈ |v|||/|∇||ωc|^1/2 となる。従来の研究者らが用いてきた通常のWKB公式はλ < λcの場合にのみ適用可能であると思われ、λ ≥ λcの場合に対する新しい公式が与えられる。モード変換の場合においては、この方法はBuddenの結果を一般化し、共鳴面に沿った非一様性の効果を考慮した制約を伴うものである。

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Ion cyclotron heatingCyclotron resonanceIon cyclotron resonance
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