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A PIC-MCC code RFdinity1d for simulation of discharge initiation by ICRF antenna

M. Tripský, T. Wauters, A. Lyssoivan, V. Bobkov, P.A. Schneider, I. Stepanov, D. Douai, D. Van Eester, J.-M. Noterdaeme, M. Van Schoor2017年被引用 8Nuclear FusionIF 3出版社

Discharges produced and sustained by ion cyclotron range of frequency (ICRF) waves in absence of plasma current will be used on ITER for (ion cyclotron-) wall conditioning (ICWC, eV, ). In this paper, we present the 1D particle-in-cell Monte Carlo collision (PIC-MCC) RFdinity1d for the study the breakdown phase of ICRF discharges, and its dependency on the RF discharge parameters (i) antenna input power Pi, (ii) RF frequency f, (iii) shape of the electric field and (iv) the neutral gas pressure . The code traces the motion of both electrons and ions in a narrow bundle of magnetic field lines close to the antenna straps. The charged particles are accelerated in the parallel direction with respect to the magnetic field BT by two electric fields: (i) the vacuum RF field of the ICRF antenna and (ii) the electrostatic field determined by the solution of Poisson's equation.The electron density evolution in simulations follows exponential increase, . The ionization rate varies with increasing electron density as different mechanisms become important. The charged particles are affected solely by the antenna RF field at low electron density (, ). At higher densities, when the electrostatic field is comparable to the antenna RF field , the ionization frequency reaches the maximum. Plasma oscillations propagating toroidally away from the antenna are observed. The simulated energy distributions of ions and electrons at correspond a power-law Kappa energy distribution. This energy distribution was also observed in NPA measurements at ASDEX Upgrade in ICWC experiments.

日本語訳

イオンサイクロトロン周波数帯(ICRF)波によってプラズマ電流のない状態で生成・維持される放電は、ITERにおける(イオンサイクロトロン)壁調整(ICWC、 eV)に使用される。本論文では、ICRF放電の開始段階と、そのRF放電パラメータ(i)アンテナ入力電力Pi、(ii)RF周波数f、(iii)電場の形状、および(iv)中性ガス圧力 への依存性を研究するための、1次元粒子インセル・モンテカルロ衝突(PIC-MCC)RFコードを提示する。このコードは、アンテナストラップ近傍の磁力線の狭い束における電子とイオンの両方の運動を追跡する。荷電粒子は、2つの電場、すなわち(i)ICRFアンテナの真空RF場 と(ii)ポアソン方程式の解によって決定される静電場 によって、磁場BTに平行な方向に加速される。シミュレーションにおける電子密度の時間発展は、指数関数的増加 を示す。電離周波数は、電子密度の増加に伴って変化し、異なる機構が支配的になる。低電子密度(、 )では、荷電粒子はアンテナRF場 のみの影響を受ける。高密度では、静電場 がアンテナRF場 と同程度になると、電離周波数は最大値に達する。アンテナからトロイダル方向に伝播するプラズマ振動が観測される。 におけるイオンおよび電子のシミュレーションエネルギー分布は、べき乗則のカッパエネルギー分布に対応する。このエネルギー分布は、ASDEX UpgradeにおけるICWC実験でのNPA測定においても観測された。

装置

asdex-upgrade中精度(概要文一致)iter中精度(概要文一致)

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Ion cyclotron heatingParticle-in-cellIon cyclotron antenna
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