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Coaxial and surface modes in tokamaks in the complete cold-plasma limit

W S Lawson1992年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

Most treatments of ion-cyclotron radio frequency (ICRF) surface waves in Tokamaks use either the equations of magnetohydrodynamics (MHD), or the cold-plasma equations, with the approximation that the electric field parallel to the ambient magnetic field is very small. Although this assumption seems to be well justified, it eliminates the slow wave and its associated hybrid resonances, which turn out to be quite important in studying coaxial and surface modes. In particular, it was believed that coaxial modes do not exist unless there is a vacuum gap between the plasma and vessel wall. It will be shown that this is not the case when the full cold-plasma model is used, and the reason for this result will be considered. Furthermore, it will be seen that for practical purposes, the role of the plasma-vacuum boundary in confining most of the mode to the edge region seems to be taken on by the lower-hybrid resonance layer when a continuous density profile is assumed. The effect of the lower-hybrid resonance layer on the other surface waves predicted in a Tokamak seems to be small.

日本語訳

イオンサイクロトロン周波数帯のトカマクにおける表面波に関するほとんどの研究では、磁気流体力学(MHD)の方程式か、または冷プラズマの方程式を用いており、周辺磁場に平行な電場は非常に小さいという近似を採用している。この近似は十分に正当化されるように思われるが、それによって遅波とそれに伴う混成共鳴が除外され、これらは同軸モードや表面モードの研究において極めて重要であることが判明している。特に、プラズマと容器壁の間に真空ギャップが存在しない限り同軸モードは存在しないと考えられていた。しかし、完全な冷プラズマモデルを用いれば、この限りではないことが示される。また、この結果が生じる理由についても考察する。さらに、実用的な目的においては、連続的な密度分布を仮定した場合、モードの大部分を端部領域に閉じ込めるというプラズマ・真空境界の役割は、下部混成共鳴層が担っているように見えることが示される。トカマクにおいて予測される他の表面波に対する下部混成共鳴層の影響は小さいと思われる。

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