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Non-linear core plasma response to ICRF heating with transport

M.D. Carter, E.F. Jaeger, D.B. Batchelor1989年被引用 4Nuclear FusionIF 3出版社

A steady state, three-dimensional, Fokker-Planck code, RFTRANS, has been developed that includes real-space radial diffusion at the kinetic level as well as models of auxiliary heating. The RFTRANS code has been coupled with the one-dimensional full-wave code ORION-S which calculates the electric fields and power absorption profiles for waves in hot plasmas in the ion cyclotron range of frequencies (ICRF). The differences between fast wave (FW) absorption and ion Bernstein wave (IBW) absorption by a minority plasma species have been studied, using simple models to map the ORION-S power profiles into cylindrical geometry. The effects of the absorbed ICRF power are calculated by the RFTRANS code, and the resulting minority distribution function is decomposed into two Maxwellian distribution functions at each radial location for input into the dispersion relation used by the ORION-S code. The process is iterated until convergence is reached. There is a significant difference between the effects of FW absorption and the effects of IBW absorption in velocity space which is due to the differences in perpendicular wavelength. When a simple kinetic real-space diffusion coefficient is used, the strong gradients in the heated minority distribution function are relaxed and the absorption profiles are affected. The results indicate that the application of high power fast waves launched from the low field side into a hydrogen minority/deuterium majority plasma can cause a strong shift of the radial absorption peak towards the antenna structure. Thus, at high power levels, the absorption becomes peaked near the magnetic axis when the ion cyclotron resonance is on the high field side of the magnetic axis; this is due to the combined effects of the radial diffusion of the hot tail components of the distribution function and the Doppler shift of the resonance.

日本語訳

定常状態の三次元フォッカー・プランクコードRFTRANSが開発され、運動論レベルでの実空間動径拡散と補助加熱のモデルが含まれている。RFTRANSコードは、イオンサイクロトロン周波数帯域(ICRF)における高温プラズマ中の波動の電場と電力吸収プロファイルを計算する一次元全波動コードORION-Sと結合されている。少数種プラズマによる高速波(FW)吸収とイオンバーンスタイン波(IBW)吸収の違いが、ORION-Sの電力プロファイルを円筒幾何学にマッピングする単純なモデルを用いて研究されている。吸収されたICRF電力の効果はRFTRANSコードによって計算され、得られた少数種の分布関数は、ORION-Sコードで使用される分散関係への入力として、各動径位置において2つのマクスウェル分布関数に分解される。このプロセスは収束に達するまで反復される。FW吸収の効果とIBW吸収の効果の間には、速度空間において有意な差があり、これは垂直波長の違いによるものである。単純な運動論的実空間拡散係数を用いると、加熱された少数種の分布関数における強い勾配が緩和され、吸収プロファイルに影響が及ぶ。結果は、高パワーの高速波を低磁場側から水素少数種/重水素多数種プラズマに入射した場合、動径方向の吸収ピークがアンテナ構造に向かって大きくシフトし得ることを示している。したがって、高パワーレベルでは、イオンサイクロトロン共鳴が高磁場側にある場合、吸収は磁気軸付近でピークとなる。これは、分布関数の高温テール成分の動径拡散と共鳴のドップラーシフトの複合効果によるものである。

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Ion cyclotron heating
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