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Quasi-optical Gaussian beam tracing to evaluate Doppler backscattering conditions

C. Honoré, P. Hennequin, A. Truc, A. Quéméneur2006年被引用 34Nuclear FusionIF 3出版社

Microwave beam backscattering near the cut-off layer appears to be the most interesting diagnostic to observe density fluctuation time evolution for a given localization in the plasma and at a defined wave vector. It also provides perpendicular plasma velocity. Scattering only occurs when the Bragg selection rule is fulfilled, i.e. when the scattering wave vector is almost perpendicular to the magnetic field. In order to evaluate these scattering conditions, ray tracing is required. 3D geometry is necessary to evaluate the angle between the magnetic field and the wave vector at the reflection. The ripple effect on the iso-index layer curve cannot be neglected. Scattering localization and wave vector resolution can be approached if single ray tracing is replaced with quasi-optical beam tracing. Optical propagation is still considered in the WKB approximation but the beam is described as multiple connected rays. The beam radial expansion due to diffraction is well described. This approach allows one to compute beam parameters for all data acquisitions (50 triggers per shot) and all shots (40 shots per day) during the following night on a recent personal computer with MatLab©.

日本語訳

カットオフ層近傍でのマイクロ波ビーム後方散乱は、プラズマ中の特定の位置および定義された波数ベクトルにおける密度揺動の時間発展を観測するための最も興味深い診断法であると思われる。また、垂直方向のプラズマ速度も提供する。散乱は、ブラッグ選択則が満たされる場合、すなわち散乱波数ベクトルが磁場にほぼ垂直である場合にのみ発生する。これらの散乱条件を評価するためには、光線追跡が必要である。反射点における磁場と波数ベクトルの間の角度を評価するには、3次元幾何学が必要である。等屈折率層曲線に対するリップル効果は無視できない。単一光線追跡を準光学ビーム追跡に置き換えることで、散乱の局在性と波数ベクトル分解能を評価することができる。光学伝播は依然としてWKB近似で考慮されるが、ビームは複数の連結した光線として記述される。回折によるビームの径方向の広がりは適切に記述される。このアプローチにより、MatLab©を用いた最近のパーソナルコンピュータ上で、翌夜の全データ取得(1ショットあたり50トリガー、1日あたり40ショット)に対するビームパラメータを計算することが可能となる。

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