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High-frequency heating of plasma with two ion species

R. Klima, A.V. Longinov, K.N. Stepanov1975年被引用 24Nuclear FusionIF 3出版社

The authors consider the penetration of electromagnetic waves with a frequency of the order of the ion cyclotron frequencies and with a fixed longitudinal wave number k||, so that N|| = k||cω ≫ 1 deep into an inhomogeneous plasma with two ion species. The propagation of two kinds of waves (fast and slow) with widely differing polarization and transverse refraction index is possible. For both types of waves there is an evanesence region at the plasma periphery.The evanescence region is narrow for slow waves and the y easily penetrate the plasma. In a dense plasma they become electrostatic and can reach the ion-ion hybrid resonance region. However, the damping of these waves due to Cherenkov interaction with electrons in a high-temperature plasma is strong and therefore they are not suitable for heating plasma of large dimensions, as they are absorbed at the plasma periphery.The fast waves have a wider evanescence region and can be excited effectively only if N2 is not too high. These waves can be completely absorbed in the plasma (due to Cherenkov interaction with electrons) if where a is the plasma radius and . Fast waves can also reach the region where they are transformed into slow waves. In this region their damping increases considerably. It is shown that the transformation region in an inhomo-geneous plasma with two ion species in a non-uniform magnetic field may be at the centre of the plasma. Fast waves can be used effectively for heating plasma of large dimensions.

日本語訳

著者らは、イオンサイクロトロン周波数のオーダーの周波数を持ち、固定された縦波数k||を有する電磁波(N|| = k||cω ≫ 1)が、2種類のイオン種を含む不均一プラズマの深部へ浸透する問題を考察する。偏極と横方向屈折率が大きく異なる2種類の波(速い波と遅い波)の伝播が可能である。両方のタイプの波に対して、プラズマ周辺部に消失領域が存在する。消失領域は遅い波にとっては狭く、それらは容易にプラズマへ浸透する。高密度プラズマ中では、それらは静電的となり、イオン-イオン混成共鳴領域に到達し得る。しかしながら、高温プラズマ中での電子とのチェレンコフ相互作用によるこれらの波の減衰は強く、そのためそれらは大規模プラズマの加熱には適さない。なぜなら、それらはプラズマ周辺部で吸収されるからである。速い波はより広い消失領域を持ち、N2がそれほど高くない場合にのみ効果的に励起され得る。これらの波は、(電子とのチェレンコフ相互作用により)プラズマ中で完全に吸収され得る。ここでaはプラズマ半径であり、 である。速い波はまた、遅い波へ変換される領域に到達し得る。この領域では、それらの減衰はかなり増大する。2種類のイオン種を含む不均一プラズマ中の変換領域は、非一様磁場中ではプラズマの中心に位置し得ることが示されている。速い波は、大規模プラズマの加熱に効果的に使用され得る。

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