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Energy transfer from fusion alpha particles to externally driven high frequency waves in a tokamak

K. Kupfer, S.C. Chiu, V.S. Chan1995年被引用 4Nuclear FusionIF 3出版社

The possibility of energy transfer from fusion alpha particles to externally driven wave fields for the purpose of driving current in a tokamak reactor was originally suggested by Fisch and Rax (Phys. Rev. Lett. 69 (1992) 612). The idea is reconsidered here for a class of alpha particle distribution functions that is nearly isotropic, except for the presence of diamagnetic flow due to radial inhomogeneity. The transfer of energy from alpha particles to high frequency waves (far above the ion gyrofrequency) requires that the driving term, which is proportional to the radial gradient of the alpha particle distribution function, be large enough to dominate the usual Landau damping. For a classic slowing down distribution, Landau damping dominates and the alpha particles absorb energy from the waves. Alternatively, if the alpha particle distribution is peaked near the birth speed, then the radial gradient driving term tends to dominate and energy can be extracted by the waves. Radial diffusion is a natural mechanism which displaces alpha particles outward before they can slow down (locally). However, a solution of a model Fokker-Planck equation, including radial diffusion and collisional slowing down, shows that the alpha particle distribution function still tends to absorb energy from the waves. Within the context of linear theory, high frequency waves may not be optimal as a means of extracting energy from alpha particles

日本語訳

核融合炉において電流を駆動する目的で、融合アルファ粒子から外部駆動波へのエネルギー伝達の可能性は、元々FischとRax(Phys. Rev. Lett. 69 (1992) 612)によって提案された。ここでは、この考え方を、半径方向の不均一性による反磁性流の存在を除いてほぼ等方的であるアルファ粒子分布関数のクラスに対して再検討する。アルファ粒子から高周波波(イオンジャイロ周波数をはるかに超える)へのエネルギー伝達には、アルファ粒子分布関数の半径方向勾配に比例する駆動項が、通常のランダウ減衰を支配するほど十分に大きいことが必要である。古典的な減速分布の場合、ランダウ減衰が支配的であり、アルファ粒子は波からエネルギーを吸収する。あるいは、アルファ粒子分布が生成速度付近でピークを持つ場合、半径方向勾配の駆動項が支配的となる傾向があり、波によってエネルギーが抽出され得る。半径方向拡散は、アルファ粒子が(局所的に)減速する前に外側へ変位させる自然なメカニズムである。しかし、半径方向拡散と衝突による減速を含むモデルFokker-Planck方程式の解は、アルファ粒子分布関数が依然として波からエネルギーを吸収する傾向があることを示している。線形理論の枠組み内では、高周波波はアルファ粒子からエネルギーを抽出する手段として最適ではない可能性がある。

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