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Electron cyclotron radiative transfer in fusion plasmas

F. Albajar, M. Bornatici, F. Engelmann2002年被引用 24Nuclear FusionIF 3出版社

The radiative transfer in a system at local thermodynamic equilibrium is investigated on the basis of the solution of the (geometrical optics) transfer equation, accounting for the non-local nature of the radiative process due to both re-absorption of the emitted radiation and reflectivity of the walls of the system. The specific case of the electron cyclotron (EC) radiation in a cylindrical fusion plasma with specularly reflecting walls for which an analytical solution can be derived, is addressed and, in particular, the radial profile of the net power density radiated is evaluated by making use of an improved expression for the EC absorption coefficient. A detailed numerical analysis, carried out by varying both the wall reflection coefficient and the radial profile of the plasma temperature, reveals that a reversal of the net power density profile can occur on the plasma outboard for sufficiently high wall reflectivity. From a comparison with bremsstrahlung radiation profiles it is apparent that a local treatment of EC power emission is needed for sufficiently hot plasmas as expected, e.g. in the so-called advanced regimes of DT tokamak reactors. Furthermore, an exact approach is used to check the accuracy of approximate EC net power density profiles as calculated with the CYTRAN code showing that the latter provides a globally reasonable approximation. Evaluating the total EC radiated power from the exact local approach shows that its scaling with the reflection coefficient is very well described by a scaling following from a recently established global model for the EC radiation, which improves the well-known Trubnikov scaling. The results obtained are discussed in view of their possible relevance to affecting the plasma temperature profile.

日本語訳

局所熱平衡状態にある系における放射輸送を,放射過程の非局所的性質(放射された放射の再吸収と系の壁の反射率の両方に起因する)を考慮した(幾何光学的)輸送方程式の解に基づいて調査する。解析解を導出できる鏡面反射壁を有する円筒核融合プラズマにおける電子サイクロトロン(EC)放射の具体的事例を取り上げ,特に,放射された正味の出力密度の動径プロファイルを,EC吸収係数の改良された表現を用いて評価する。壁の反射係数とプラズマ温度の動径プロファイルの両方を変化させて行った詳細な数値解析により,十分に高い壁反射率に対して,プラズマ外側で正味の出力密度プロファイルの反転が生じ得ることが明らかになった。制動放射プロファイルとの比較から,DTトカマク炉のいわゆる先進的運転領域で期待されるように,十分に高温のプラズマではECパワー放射の局所的な取り扱いが必要であることが明らかである。さらに,CYTRANコードで計算された近似的なEC正味出力密度プロファイルの精度を検証するために厳密なアプローチを用い,後者が全体的に妥当な近似を提供することを示す。厳密な局所アプローチから全EC放射パワーを評価すると,その反射係数に対するスケーリングは,EC放射の最近確立された大域モデルから導かれるスケーリングによって非常によく記述され,これはよく知られたTrubnikovスケーリングを改良するものである。得られた結果は,プラズマ温度プロファイルへの影響におけるそれらの関連性の可能性の観点から考察する。

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