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Evaluation of the surface admittance matrix of a plasma in the finite Larmor radius approximation

M. Brambilla1995年被引用 16Nuclear FusionIF 3出版社

The boundary conditions appropriate to the finite Larmor radius (FLR) wave equations that describe wave propagation in the ion cyclotron and lower hybrid frequency ranges in plasmas have been derived. These equations possess three independent solutions, one more than the Maxwell equations in vacuum; to establish the additional condition at a plasma-boundary interface needed to define unambiguously the causal solution in the plasma, it is shown that HF diamagnetic currents (proportional to the gradients of the equilibrium plasma parameters) remain finite in the limit in which the thickness of the plasma-vacuum transition is assumed to be negligible compared with the perpendicular wavelength of the incident waves. The discontinuity of the compressional component of the wave field due to these HF surface currents can be expressed in terms of the FLR contributions to the coefficients of the wave equations, so that the FLR boundary conditions can be formulated in a fully explicit manner. It is also shown that these conditions guarantee the continuity of the power flux through the plasma surface. These boundary conditions have been used to obtain analytic expressions for the surface impedance matrix of a plasma in the FLR approximation, assuming that the WKB solutions to the wave equations can be used near the plasma edge. These analytic results can be used to check numerical solutions of the wave equations against a known case, and to speed up the solution of antenna coupling problems in large plasmas

日本語訳

有限ラーマー半径(FLR)波動方程式に適切な境界条件は、プラズマ中のイオンサイクロトロン周波数帯および低ハイブリッド周波数帯における波動伝搬を記述するために導出された。これらの方程式は3つの独立な解を持ち、これは真空中のマクスウェル方程式の場合より1つ多い。プラズマ中の因果的解を一意に定めるためにプラズマ・真空境界面で必要となる追加の条件を確立するため、平衡プラズマパラメータの勾配に比例する高周波(HF)反磁性電流が、プラズマ・真空遷移層の厚さが入射波の垂直波長に比べて無視できる極限においても有限に保たれることが示された。これらの高周波表面電流による波動場の圧縮成分の不連続性は、波動方程式の係数に対するFLR寄与を用いて表現することができ、これによりFLR境界条件を完全に明示的な形で定式化できる。さらに、これらの条件がプラズマ表面を通るパワーフラックスの連続性を保証することも示された。これらの境界条件は、プラズマ端付近でWKB解が適用可能であると仮定して、FLR近似におけるプラズマの表面インピーダンス行列の解析的表現を得るために用いられた。これらの解析的結果は、波動方程式の数値解を既知のケースに対して検証するため、また大型プラズマにおけるアンテナ結合問題の解法を高速化するために利用できる。

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Larmor radiusFinite Larmor radius
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