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EBW power deposition and current drive in WEGA—comparison of simulation with experiment

Josef Preinhaelter, Heinrich P Laqua, Jakub Urban, Linda Vahala, George Vahala2009年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

Detailed computational studies of electrostatic electron Bernstein waves (EBWs) propagation in the WEGA stellarator are performed and compared with experimental results. Using the WEGA antenna, the two O-/X-mode radiation lobes are modelled by sets of rays whose intensities are proportional to the measured radiation pattern. After projecting these rays onto the plasma periphery, the O–X-EBW mode conversion efficiency around the upper hybrid resonance is determined from a full wave adaptive mesh solver of the cold plasma equations. From the roots of the electrostatic EBW dispersion relation, ray tracing is performed to determine the power absorption on the first or second cyclotron harmonic as well as current drive assuming the Fisch–Boozer mechanism. Good agreement is achieved between our EBW simulations on specific WEGA equilibria and the experimental results from the antenna launch of 2.45 GHz waves. The experimentally observed off-axis power deposition and the outward shift dependence of the absorption maxima on increasing magnetic field can only be explained by the existence of a hot electron component in the WEGA plasma. It is this hot electron component that permits wave absorption at the second harmonic near the plasma boundary. Moreover, the simulations not only reproduce the current density reversal at the plasma centre for low magnetic fields but also the destruction of this current density reversal for larger magnetic fields.

日本語訳

WEGAステラレータにおける静電的電子バーンスタイン波(EBW)の伝播に関する詳細な計算研究を実施し、実験結果と比較した。WEGAアンテナを用いて、2つのO-/Xモード放射ローブを、測定された放射パターンに比例する強度を持つ一連の光線としてモデル化した。これらの光線をプラズマ周辺部に投影した後、上部混成共鳴付近でのO–X–EBWモード変換効率を、冷プラズマ方程式の適応メッシュソルバーから決定した。静電的EBW分散関係の根から、第1または第2サイクロトロン高調波における電力吸収を決定するための光線追跡を実行し、さらにFisch–Boozer機構を仮定した電流駆動も計算した。特定のWEGA平衡状態における我々のEBWシミュレーションは、2.45 GHz波のアンテナ放射からの実験結果と良好な一致を示した。実験で観測されたオフアクシス電力堆積と、磁場増加に伴う吸収極大の外側へのシフトは、WEGAプラズマ中の高温電子成分の存在によってのみ説明可能である。この高温電子成分こそが、プラズマ境界近傍での第2高調波における吸収を可能にするものである。さらに、シミュレーションは、低磁場におけるプラズマ中心部の電流密度反転を再現するだけでなく、より大きな磁場におけるこの電流密度反転の消滅も再現した。

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Current drive
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