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Ion cyclotron resonance heating fast and slow wave excitation and power deposition in edge plasmas with application to ITER

A Messiaen, V Maquet, J Ongena2021年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

The antenna power coupling to the plasma centre and its possible deleterious coupling to the plasma edge are key parameters in an ion cyclotron resonance heating system. The influence on these parameters by the confluence between the slow and the fast magnetosonic waves is studied for the case of large machines. Until now, the modelling of the scrape off layer region has been calculated by ANTITER II, which contains only the fast wave description and where the confluence with the slow wave (S wave) is approximated by the Alfvén resonance. In the present study, a complete modelling of the slow and fast waves is made by ANTITER IV. The modelling by the two codes is compared and shows the important role of the Alfvén and the lower hybrid resonances for the excitation of large fields and associated power deposition at the edge of the plasma even far from the antenna location. The ANTITER IV modelling is thereafter applied to the case of the ITER antenna with a reference density profile and heating parameters. A comparative study is made for the edge power deposition and the excitation of large fields for different toroidal phasing cases of the antenna. This study also takes into account the tilting of the antenna array with respect to the total magnetic field in front of the antenna. If the Faraday screen is field-aligned, the excitation of the S wave occurs at the wave confluence; however, in the case of non-alignment the antenna directly excites the S wave. This effect is studied and quantified. All edge effects, even the direct excitation of S waves, can be strongly reduced by tailoring the current distribution in the straps of the antenna array. Resulting cases for the minimisation of edge power deposition in ITER and the reactor are studied.

日本語訳

アンテナのプラズマ中心部への電力結合と、プラズマ端部へのその潜在的な有害な結合は、イオンサイクロトロン共鳴加熱システムにおける主要なパラメータである。大型装置の場合について、低速波と高速磁気音波との間の合流がこれらのパラメータに及ぼす影響を研究した。これまで、スクレイプオフ層のモデリングはANTITER IIによって計算されており、これは高速波のみの記述を含み、低速波(S波)との合流はアルフヴェン共鳴によって近似されていた。本研究では、ANTITER IVにより低速波と高速波の完全なモデリングを行う。両コードによるモデリングを比較し、アンテナ位置から遠く離れたプラズマ端部における大きな場の励起とそれに伴う電力堆積に対するアルフヴェン共鳴と低混成共鳴の重要な役割を示す。その後、ANTITER IVによるモデリングを、参照密度プロファイルと加熱パラメータを有するITERアンテナの場合に適用する。アンテナの異なるトロイダル位相の場合について、端部電力堆積と大きな場の励起に関する比較研究を行う。この研究はまた、アンテナ前面の全磁場に対するアンテナアレイの傾斜も考慮する。ファラデーシールドが磁場に沿って配向されている場合、S波の励起は波の合流点で発生する。しかし、非配向の場合には、アンテナはS波を直接励起する。この効果を研究し、定量化する。すべての端部効果は、S波の直接励起でさえも、アンテナアレイのストラップにおける電流分布を調整することによって強く低減できる。ITERおよび炉における端部電力堆積の最小化のための結果的なケースを研究する。

装置

iter高精度(タイトル一致)

wiki

ITERFusion Advanced Studies TorusIon cyclotron heatingEdge plasmaCyclotron resonanceIon cyclotron resonance
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