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Fast-wave heating of a two-component plasma

T.H. Stix1975年被引用 635Nuclear FusionIF 3出版社

The use of the compressional hydromagnetic mode (also called the magnetosonic or, simply, the fast wave) is examined in some detail with respect to the heating of a tritium plasma containing a few percent deuterium. Efficient absorption of wave energy by the deuteron component is found when ω = ωC (deuterons), with Qwave ⪆ 100. Reasonable efficiencies are found also for electron heating, but coherence effects between transit-time and Landau damping for electrons reduce the total absorption for both processes to one-half of the transit-time power, calculated separately.The fusion output of a two-component neutral-injected plasma can be enhanced by selective heating of the injected deuterons. Also, selective deuteron absorption may be used for ion-tail creation by radiofrequency excitation alone, as an alternative to neutral injection. The dominant behaviour of the high-energy deuteron distribution function is found to be f(v) ∼ exp[(3/2)∫vdv<Δv>/<(Δv⊥)2>], where <Δv> is the Chandrasekhar-Spitzer drag coefficient, and <(Δv⊥)2> is the Kennel-Engelmann quasi-linear diffusion coefficient for wave-particle interaction at the deuteron cyclotron frequency. An analytic solution to the one-dimensional Fokker-Planck equation, with r.f.-induced diffusion, is developed, and using this solution together with Duane's fit to the D-T fusion cross-section, it is found that the nuclear-fusion power output from an r.f.-produced two-component plasma can significantly exceed the incremental (radiofrequency) power input.

日本語訳

圧縮性磁気流体モード(磁気音波または単に高速波とも呼ばれる)の使用について、数パーセントの重水素を含むトリチウムプラズマの加熱に関して、いくらか詳細に検討する。重水素成分による波動エネルギーの効率的な吸収は、ω = ωC(重水素)のとき、Qwave ⪆ 100で見られる。電子加熱についても合理的な効率が見られるが、電子に対する通過時間減衰とランダウ減衰の間のコヒーレンス効果により、両過程の合計吸収は、個別に計算した通過時間出力の半分に減少する。二成分中性粒子入射プラズマの核融合出力は、入射重水素の選択的加熱によって増強され得る。また、選択的重水素吸収は、中性粒子入射の代替として、高周波励起単独によるイオンテール生成に使用され得る。高エネルギー重水素分布関数の支配的挙動は、f(v) ∼ exp[(3/2)∫vdv<Δv>/<(Δv⊥)2>]であることが見出される。ここで、<Δv>はチャンドラセカール・スピッツァー抗力係数、<(Δv⊥)2>は重水素サイクロトロン周波数における波動-粒子相互作用に対するケネル・エンゲルマン準線形拡散係数である。高周波誘起拡散を伴う一次元フォッカー・プランク方程式の解析解が導出され、この解をD-T核融合断面積に対するデュアンのフィットとともに用いることにより、高周波生成二成分プラズマからの核融合出力は、増分(高周波)入力電力を大幅に超え得ることが見出される。

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Fusion Advanced Studies TorusWave heating
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