Поглощение СВЧ-волн при нагреве плазмы на второй гармонике электронно-циклотронного резонанса в токамаках и стеллараторах: линейная теория и эксперимент

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе приведены результаты исследования поглощения мощности СВЧ-нагрева необыкновенной волной на второй гармонике электронно-циклотронного резонанса (ЭЦР X2) на токамаке Т-10 и стеллараторе TJ-II в широком диапазоне плотностей плазмы, и их сравнение с классическими формулами для поглощения вводимой ЭЦР-мощности в плазме. На основании численного моделирования переноса тепла по транспортной модели канонических профилей получены эмпирические соотношения для эффективности поглощения и для критической плотности плазмы n cr , разделяющей области полного и неполного поглощения вводимой ЭЦР-мощности. Показано, что для обеих установок существуют области плотностей, в которых, согласно классическим формулам, поглощение практически полное, а согласно эмпирическому соотношению, поглощается лишь небольшая доля мощности. Полученные соотношения позволят оптимизировать условия ЭЦР-нагрева в тороидальных системах с магнитным удержанием плазмы.

Об авторах

Ю. Н. Днестровский

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: melnikov_AV@nrcki.ru
123182, Москва, Россия

А. В. Мельников

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”;Научно-исследовательский ядерный университет МИФИ;Московский физико-технический институт

Email: melnikov_av@nrcki.ru
123182, Москва, Россия;115409, Москва, Россия;141701, Долгопрудный, Московская область, Россия

В. Ф. Андреев

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: melnikov_AV@nrcki.ru
123182, Москва, Россия

С. Е. Лысенко

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: melnikov_AV@nrcki.ru
123182, Москва, Россия

М. Р. Нургалиев

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: melnikov_AV@nrcki.ru
123182, Москва, Россия

А. Г. Шалашов

Институт прикладной физики РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: melnikov_AV@nrcki.ru
603000, Нижний Новгород, Россия

Список литературы

  1. Б. А. Трубников, Электромагнитные волны в релятивистской плазме при наличии магнитного поля, в сб. Физика плазмы и проблема управляемых термоядерных реакций, ред. М. А. Леонтович, АН СССР, М. (1958), т. 3, с. 104
  2. B. A. Trubnikov, in Plasma Physics and the Problem of Controlled Thermonuclear Reactions, ed. by M. A. Leontovich, Pergamon, London (1960), v. 4, p. 363.
  3. Ю. Н. Днестровский, Д. П. Костомаров, Н. В. Скрыдлов, ЖТФ 33, 922 (1963)
  4. Y. N. Dnestrovskii, D. P. Kostomarov, and N. V. Skrydlov, Sov. Phys.-Tech. Phys. 8, 691 (1964).
  5. I. P. Shkarofsky, Phys. Fluids 9, 570 (1966); https://doi.org/10.1063/1.1761711.
  6. M. Bornatichi, Plasma Physics 24(6), 629 (1982); doi: 10.1088/0032-1028/24/6/005.
  7. M. Bornatichi, R. Cano, O. De Barbier, and F. Engelman, Nucl. Fusion 23(9), 1153 (1983); doi: 10.1088/0029-5515/23/9/005.
  8. В. В. Аликаев, Е. В. Суворов, А. Г. Литвак, А. А. Фрайман, Электронно-циклотронный нагрев плазмы в тороидальных системах, в кн. Высокочастотный нагрев плазмы, ИПФ АН СССР, Горький (1983), с. 6
  9. V. V. Alikaev, A. G. Litvak, E. V. Suvorov, and A. A. Fraiman, Electron cyclotron resonance heating of toroidal plasmas, in High- Frequency Plasma Heating, ed. by A. G. Litvak, American Institute of Physics, N.Y. (1992), p. 1; https://link.springer.com/book/9780883187654.
  10. R. Prater, Phys. Plasmas 11, 2349 (2004); doi: 10.1063/1.1690762.
  11. G. Giruzzi, Nucl. Fusion 28, 1413 (1988); doi: 10.1088/0029-5515/28/8/009.
  12. А. Г. Шалашов, Е. В. Суворов, Физика плазмы 28(1), 51 (2002)
  13. A. G. Shalashov and E. V. Suvorov, Plasma Phys. Rep. 28, 46 (2002); https://doi.org/10.1134/1.1434295.
  14. A. G. Shalashov and E. V. Suvorov, Plasma Phys. Control. Fusion 45, 1779 (2003); https://doi.org/10.1088/0741-3335/45/9/314.
  15. Е. З. Гусаков, А. Ю. Попов, УФН 190, 396 (2020)
  16. E. Z. Gusakov and A. Yu. Popov, Phys.-Uspekhi 63, 365 (2020); doi: 10.3367/UFNe.2019.05.038572.
  17. Е. З. Гусаков, А. Ю. Попов, ЖЭТФ 154, 179 (2018)
  18. E. Z. Gusakov and A. Yu. Popov, JETP 127, 155 (2018]; https://doi.org/10.1134/S1063776118070063.
  19. Е. З. Гусаков, А. Ю. Попов, Письма в ЖЭТФ 109, 723 (2019)
  20. E. Z. Gusakov and A. Yu. Popov, JETP Lett. 109, 689 (2019); https://link.springer.com/article/10.1134/S0021364019110080.
  21. A. V. Melnikov, L. I. Krupnik, E. Ascasibar et al. (Collaboration), Plasma Phys. Control. Fusion 60, 084008 (2018); doi.org/10.1088/1361-6587/aac97f.
  22. А. В. Мельников, В. А. Вершков, C. А. Грашин, М. А. Драбинский, Л. Г. Елисеев, И. А. Земцов, В. А. Крупин, В. П. Лахин, С. Е. Лысенко, А. Р. Немец, М. Р. Нургалиев, Н. К. Харчев, Ф. О. Хабанов, Д. А. Шелухин, Письма в ЖЭТФ 115, 360 (2022)
  23. A. V. Melnikov, V. A. Vershkov, S. A. Grashin, M. A. Drabinskij, L. G. Eliseev, I. A. Zemtsov, V. A. Krupin, V. P. Lakhin, S. E. Lysenko, A. R. Nemets, M. R. Nurgaliev, N. K. Khartchev, P. O. Khabanov, and D. A. Shelukhin, JETP Lett. 115, 324 (2022); doi: 10.1134/S0021364022200279; http://jetpletters.ru/ps/2369/article_35068.shtml.
  24. Г. А. Саранча, Л. Г. Елисеев, А. В. Мельников, Ф. О. Хабанов, Н. К. Харчев, Письма в ЖЭТФ 116, 96 (2022)
  25. G. A. Sarancha, L. G. Eliseev, Ph. O. Khabanov, N. K. Kharchev, and A. V. Melnikov, JETP Lett. 116, 98 (2022)]; https://link.springer.com/article/10.1134/S0021364022601178.
  26. Ю. Н. Днестровский, В. А. Вершков, А. В. Данилов, А. Ю. Днестровский, С. Е. Лысенко, А. В. Мельников, Г. Ф. Субботин, Д. Ю. Сычугов, С. В. Черкасов, Д. А. Шелухин, Физика плазмы 45, 207 (2019)
  27. Y. N. Dnestrovskij, V. A. Vershkov, A. V. Danilov, A. Yu. Dnestrovskij, S. E. Lysenko, A. V. Melnikov, G. F. Subbotin, D. Yu. Sychugov, S. V. Cherkasov, and D. A. Shelukhin, Plasma Phys. Reports 45, 226 (2019); doi: 10.1134/S1063780X19020053.
  28. Ю. Н. Днестровский, А. В. Данилов, А. Ю. Днестровский, Л. А. Ключников, С. Е. Лысенко, А. В. Мельников, А. Р. Немец, М. Р. Нургалиев, Г. Ф. Субботин, Н. А. Соловьев, А. В. Сушков, Д. Ю. Сычугов, С. В. Черкасов, Физика плазмы 46, 387 (2020)
  29. Yu. N. Dnestrovskij, A. V. Danilov, A. Yu. Dnestrovskij, L. A. Klyuchnikov, S. E. Lysenko, A. V. Melnikov, A. R. Nemets, M. R. Nurgaliev, G. F. Subbotin, N. A. Soloviev, A. V. Sushkov, D. Yu. Sychugov, and S. V. Cherkasov, Plasma Phys. Reports 46, 477 (2020); doi: 10.1134/S1063780X20050037.
  30. Yu. N. Dnestrovskij, A. V. Danilov, A. Yu. Dnestrovskij, S. E. Lysenko, A. V. Melnikov, A. R. Nemets, M. R. Nurgaliev, G. F. Subbotin, N. A. Solovev, D. Yu. Sychugov, and S. V. Cherkasov, Plasma Phys. Control. Fusion 63, 055012 (2021); https://doi.org/10.1088/1361-6587/abdc9b.
  31. Ю. Н. Днестровский, А. В. Данилов, А. Ю. Днестровский, С. Е. Лысенко, А. В. Мельников, А. Р. Немец, М. Р. Нургалиев, Г. Ф. Субботин, Н. А. Соловьев, Д. Ю. Сычугов, С. В. Черкасов, ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез 45(1), 9 (2022)
  32. Yu. N. Dnestrovskij, A. V. Danilov, A. Yu. Dnestrovskij, S. E. Lysenko, A. V. Melnikov, A. R. Nemets, M. R. Nurgaliev, G. F. Subbotin, N. A. Soloviev, D. Yu. Sychugov, and S. V. Cherkasov, Physics of Atomic Nuclei 85(1), S34 (2022); doi: 10.1134/S1063778822130051.
  33. Yu. N. Dnestrovskij, A. V. Melnikov, D. Lopez-Bruna, A. Yu. Dnestrovskij, S. V. Cherkasov, A. V. Danilov, L. G. Eliseev, F. O. Khabanov, S. E. Lysenko, and D. Yu. Sychugov, Plasma Phys. Control. Fusion 65, 015011 (2023)]; doi: 10.1088/1361-6587/aca35a.
  34. В. В. Аликаев, А. А. Багдасаров, Н. Л. Васин, Ю. Н. Днестровский, Ю. В. Есипчук, А. Я. Кислов, Г. Е. Ноткин, К. А. Разумова, В. С. Стрелков, К. Н. Тарасян, Физика плазмы 14, 1027 (1988)
  35. V. V. Alikaev, A. A. Bagdasarov, N. L. Vasin, Yu. N. Dnestrovskij, Yu. V. Esipchuk, A. Ya. Kislov, G. E. Notkin, K. A. Razumova, V. S. Strelkov, and K. N. Tarasyan, Plasma Phys. Rep. 14, 601 (1988).
  36. C.C. Petty and the DIII-D Team, Nucl. Fusion 59, 112002 (2019); doi: 10.1088/1741-4326/ab024a.
  37. U. Stroth, J. Adamek, L. Aho-Mantila et al. (Collaboration), Nucl. Fusion 53, 104003 (2013); doi: 10.1088/0029-5515/53/10/104003.
  38. J. W. Liu, Q. Zang, Y. Liang, et al. (Collaboration), Nucl. Fusion 63, 016011 (2023); doi: 10.1088/1741-4326/aca168.
  39. A. V. Melnikov, A. V. Sushkov, A. M. Belov et al. (Collaboration), Fusion Eng. Design 96-97, 306 (2015); http://dx.doi.org/10.1016/j.fusengdes.2015.06.080.
  40. J. Ongena, A. M. Messiaen, A. V. Melnikov, R. Ragona, Ye. O. Kazakov, D. van Eester, Yu. N. Dnestrovskii, P. P. Khvostenko, I. N. Roy, and A. N. Romannikov, Fusion Eng. Design 146A, 787 (2019); https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2019.01.080.
  41. A. V. Melnikov, J. Ongena, A. M. Messiaen, R. Ragona, A. V. Sushkov, Ye. O. Kazakov, D. van Eester, Yu. N. Dnestrovskii, P. P. Khvostenko, and I. N. Roy, AIP Conf. Proc. 2254, 070007 (2020); https://doi.org/10.1063/5.0014265.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023