Моделирование распространения высокочастотных волн в плазме токамака асимптотическими методами

• Автор: Савельев, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 267 с. : ил.

Содержание
Введение

Обзор литературы и содержания диссертации

Глава 1. Метод виртуальных пучков для расчета распространения дифрагирующего микроволнового пучка в неоднородной плазме

1.1. Введение

1.2. Общий подход

1.3. Применение МВП для плазмы токамака

1.4. ВКБ амплитуда и поток энергии

1.5. Численный код УВТгасе

1.6. Выводы к первой главе

Глава 2. Моделирование электронного берннхтейновского нагрева плазмы и генерации тока увлечения в сферическом то-камаке
2.1. Возбуждение ЭБВ вакуумным ЭМВ пучком
2.2. Асимптотическое дисперсионное уравнение ЭБВ
2.3. Интерполяционное дисперсионное уравнение ЭБВ
2.4. Пакет программ ЕВ¥Н&СБ для моделирования ЭБВ нагрева
и генерации тока увлечения
2.5. Применение ЕВ¥Н&СБ пакета программ для планирования и интерпретации экспериментов
2.6. Выводы ко второй главе
Глава 3. Моделирование нижнегибридных токов увлечения в токамаках на основе метода лучевых траекторий

3.1. Модернизация численного кода FRTC
3.2. Поглощение НГ волн альфа-частицами в токамаке ITER
3.3. Роль быстрой волны в поглощении НГ волн в токамаке
3.4. Оценка величины синергетического эффекта при совместном применении ЭЦ и НГ волн на токамаке ITER
3.5. Физическое обоснование проекта НГ поддержания тока в Токамаке Т
3.6. Моделирование НГ токов увлечения на токамаке ФТ
3.7. Выводы к третьей главе
Глава 4. Моделирование спектров коллективного рассеяния лазерного излучения на тепловых флуктуациях ионных берн-штейновских волн в плазме токамака
4.1. Введение
4.2. Физические основы новой диагностики быстрых ионов
4.3. Приближенное дисперсионное соотношение для ионных берн-штейновских волн
4.4. Расчет спектра резонансного рассеяния
4.5. Выводы к четвертой главе
Заключение
Литература
Введение
Актуальность темы. Диссертация посвящена исследованию распространения электромагнитных и плазменных волн в плазме токамака. Описание распространения волн в высокотемпературной плазме является одной из традиционных проблем физики плазмы, интерес к которой связан с исключительно большим разнообразием линейных и нелинейных волновых процессов в плазме, а также с большим прикладным значением для управляемого термоядерного синтеза. Конкретной темой диссертации является моделирование взаимодействия волн с плазмой в нижнегибридиом (НГ) и электронном циклотронном (ЭЦ) диапазонах частот. Основные методы дополнительного высокочастотного нагрева плазмы и генерации безындукционного тока увлечения в современных токамаках (кроме ионного циклотронного нагрева) связаны именно с этими диапазонами частот, что и определяет актуальность темы диссертации.
Цели диссертационной работы заключались в моделировании распространения и поглощения волн нижнегибридного и электронного циклотронного частотных диапазонов в неоднородной плазме токамака. Более подробно их можно сформулировать следующим образом:
• Исследование распространения высокочастотных электромагнитных волновых пучков в неоднородной анизотропной плазме токамака с учетом дифракции, рефракции и затухания волн.
• Моделирование электронного бернштейновского нагрева плазмы и генерации тока увлечения в сферическом токамаке.
• Моделирование нижнегибридных токов увлечения в токамаках.
• Описание распространения ионных бернштейновских волн в плазме то-

дрической системе координат. Для сравнительно узкого вакуумного пучка с |ДХ| і?6; |Дг| “С Яь, можно с хорошей точностью полагать медленно меняющуюся предэкспоненту в (1.9) и компоненты вектора (1.14) постоянными на ширине пучка, то есть, вычислять эти функции в точке у = уь іп (1.9) и в точке максимума амплитуды падающего пучка ф = фь в (1.14), соответственно. При этом в экспоненте (1.9) зависимости (1.11) можно приближенно представить в следующем виде
являются ковариантными компонентами единичного вектора поляризации при Я = Ль- Ф = фь Следует отметить, что приближение (1.15) не только вполне точное для нешироких пучков, но и также содержит все степени (ф — фь), сохраняющие гауссову форму пучка на граничном цилиндре (Яь, Z, ф). Последнее свойство важно для практических вычислений, поскольку большое количество интегралов с гауссовым ядром могут быть вычислены аналитически. Комбинируя (1.9) и (1.14-1.16), получаем для электрического поля вакуумного пучка на граничном цилиндре
£{ЬЯЬ, г, ф) = е£ = еЛь ехр [нтЛда - Яь) + іаЩ(ф - фъ) + Сф
х = (ф — фъ)ЯьЯц/ сов 9 а
у = уь+(ф- Фь)Щ - 1(0 - фь)2ЯъИц + (г - гь)Ыг (1.15) г = {г — гь) сое ва + (0 - фь)NzNф/ сое ва,

NR = СОэ(0а - фь) СОЭ в,а Мг = він ва
Ыф = Яь БІП (фа - фь) СОЭ в а
(1.16)
(1.17)
Здесь Ль это комплексная константа
(1.18)