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Bounded-plasma theory of radio-frequency heating of toroidal machines

A.M. Messiaen, P.E. Vandenplas, R.R. Weynants, R. Koch1975年被引用 20Nuclear FusionIF 3出版社

A systematic study is made of the coupling of RF energy to a plasma column by means of an external set of current sources in the toroidal cavity constituted by the machine. The coil loading due to the absorption of RF power by the plasma and by the wall is discussed inside various frequency domains of interest for RF heating. The plasma is described by hot-fluid theory with effective collision frequencies; the latter are either particularized to describe analytically linear collision-less damping or used as parameters to simulate other loss mechanisms like the non-linear ones. Boundary conditions consistent with the magnetic confinement are taken at the plasma-vacuum interface.Special emphasis is placed on the bounded-plasm a effects in the entire frequency range (from ω≪ωciup to ω>ωLH). In particular, magnetoacoustic resonances may strongly increase the efficiency of RF energy transfer when the physical absorption mechanisms are electron TTMP or ion cyclotron resonance. At higher frequency, resonance modes of the coaxial type are found in which the plasma plays the role of the central conductor of a coaxial toroidal cavity.

日本語訳

高周波(RF)エネルギーの、トロイダル空洞を構成する装置によるプラズマ柱への結合について、外部電流源の集合を用いた系統的な研究を行う。プラズマおよび壁によるRF電力吸収に起因するコイル負荷を、RF加熱に関連する様々な周波数領域において考察する。プラズマは、有効衝突周波数を有する高温流体理論によって記述される。この有効衝突周波数は、線形無衝突減衰を解析的に記述するために特定化されるか、あるいは非線形減衰などの他の損失機構を模擬するためのパラメータとして用いられる。プラズマ・真空境界においては、磁気閉じ込めと整合する境界条件を課す。特に、ω≪ω_ciからω>ω_LHに至る全周波数領域における有界プラズマの効果に焦点を当てる。具体的には、物理的吸収機構が電子TTMPまたはイオンサイクロトロン共鳴である場合、磁気音響共鳴がRFエネルギー伝達効率を大幅に向上させ得ることが示される。より高い周波数領域では、プラズマが同軸トロイダル空洞の中心導体の役割を果たす同軸型の共鳴モードが存在することが見出される。

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