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Redirection of radio-frequency power flow by filaments

W. Zhang, W. Tierens, M. Usoltceva, the ASDEX Upgrade team, the EUROfusion MST1 Team2020年被引用 8Nuclear FusionIF 3出版社

When radio-frequency waves propagate through magnetized plasmas, they scatter at density filaments, which are usually aligned with the magnetic field lines. We show that this scattering can redirect part of the power from the perpendicular direction to the parallel direction (along the field lines, along the filament). In magnetic confinement fusion devices, such as tokamaks, plasma is often heated by ion cyclotron range of frequency (ICRF) antennas. For such antennas, our simulations show that a parallel Poynting flux in the level of 1 MW m−2 can be generated by this power redirection mechanism. The increase of the magnitude of electric and magnetic fields of the wave in the filament is responsible for the parallel redirection of power flow. Simulations with constant density in the filament and background plasma show that the dominant parallel wavenumbers of the energy spectrum in the filament are increased and additional wavenumbers can be generated. In the cases with an experimental density profile, only the energy spectrum inside the filament is significantly affected while the rest remains almost the same.

日本語訳

高周波波が磁化プラズマ中を伝播するとき、それらは通常磁力線に沿って整列した密度フィラメントで散乱される。我々は、この散乱が電力の一部を垂直方向から平行方向(磁力線に沿って、フィラメントに沿って)に向け直すことができることを示す。トカマクのような磁場閉じ込め核融合装置では、プラズマはしばしばイオンサイクロトロン周波数帯(ICRF)アンテナによって加熱される。そのようなアンテナに対して、我々のシミュレーションは、この電力方向転換メカニズムによって1 MW m⁻² レベルの平行ポインティングフラックスが生成され得ることを示している。フィラメント内の波の電場と磁場の大きさの増大が、電力流の平行方向への向け直しの原因である。フィラメントと背景プラズマの密度が一定のシミュレーションでは、フィラメント内のエネルギースペクトルの支配的な平行波数が増加し、追加の波数が生成され得ることが示される。実験的な密度分布の場合、フィラメント内部のエネルギースペクトルのみが有意に影響を受け、残りはほぼ同じままである。

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