参数不稳定的较低的混合两种离子等离子体波

文摘

三波参数不稳定的振幅降低two-ion物种混合波等离子体进行了研究分析。泵衰变为低频模式或准模式离子回旋频率范围和较低的混合波边带。衰变的主要通道是一个低频率的模式是一个离子回旋波频率接近或离子的离子回旋频率的物种。为典型的蒸托卡马克等离子体,增长率接近氘回旋频率ω,随离子回旋波的波数和减少的比率氘氚密度增加。

关键字

参数不稳定;Two-ion物种等离子体;较低的混合波;托卡马克装置;射频加热

介绍

参数不稳定的一个重要特征大振幅低混杂波托卡马克装置以及小型等离子体设备。在最初几十年的核聚变研究中,高功率低混杂波在500年MHz-1 GHz频率范围被磁化等离子体加热候选人热核温度。最近,这种波被发现主要有吸引力在更高频率(1 - 5 GHz)驾驶无感电流在托卡马克等离子体,从而打开托卡马克装置在稳态运行的可能性,并导致一个稳态托卡马克反应堆的概念设计。无线电频率(RF)加热和电流驱动的托卡马克低混合频率范围一直是一个活跃的研究领域近三十年。在这个频率范围内,环形等离子体电流持续补充碰撞动量损失的载流suprathermal电子,离子加热直接通过朗道阻尼或通过励磁参数不稳定1- - - - - -5]。三波参数衰变的知名频道涉及离子回旋模式或准模式和较低的混合边带。四波耦合振荡两流不稳定是最主要的过程。共振衰变为两个低混杂波也是一个完成的过程(6- - - - - -11]。

当前驱动器实验托卡马克装置的机器已成功执行。完全无感的排放3.6 MA JT-60U [12),3 MA的欧洲联合环(飞机)13)和0.5 MA在扯上[6分钟14)取得了较低的混合波。预计ITER降低混合动力系统将注入得以优化,大约50兆瓦的电力和离轴电流驱动函数(15]。刘等人研究了低混杂波(LHW)在氘等离子体加热神门托卡马克(16]。离子和电子的温度分别增加了0.4 keV和0.3 keV P_韩∼300千瓦。离子加热已经观察到HL-1M托卡马克等离子体密度超过3.5×10¹³厘米³(17]。LHW实验已经完成了HT-6M托卡马克装置由Li et al .,他们报道了准稳态H-mode高喷射的等离子体密度较低的混合加热(LHH)和较低的混合电流驱动(LHCD) 50千瓦的功率阈值(18]。一个好的监禁在ASDEX获得结合LHCD和中性束注入(NBI) [19]。全波电流驱动和一个非常高的密度(4.5×10¹⁹米³)获得轨迹Frascati托卡马克升级(工联会)评分20.]。费斯(21,22)给一个优雅的审查降低托卡马克装置的混合波加热和电流驱动。最近,艾哈迈德(23]指出离子间的混合模式的参数激励下级混合在蒸等离子体波的增长更快更高的氘氚密度比。

在太空观测表明,LH波是最重要的在地球的磁气圈。事实上,LH波在碰撞的过程中发挥核心作用更少的能量和动量传输在空间等离子体。最近有很多兴趣(24,25在磁声波和其他在multi-ion等离子体波。

两个离子物种在托卡马克等离子体的可能性多通道参数衰变。在本文中,我们研究一个大的参数衰变振幅低混杂波成离子回旋波和较低的混合边带波在两种离子等离子体如考虑核聚变。衰变的渠道有:离子回旋共振衰变为某一模式的离子回旋频率附近离子物种,ii)非线性回旋阻尼对离子物种。较低的混合泵波给予一个振荡速度电子。后者跳动的密度扰动由于低频模式产生一个非线性密度扰动,推动边带低混杂波,在那里泵产生的边带夫妇考虑动力电子驱动器上的低频模式。

在秒。2中,我们获得的线性响应电子泵和边带波和低频模式。在第三节中,我们研究了非线性耦合,得到非线性色散关系和增长率。第四节讨论的结果。

线性响应

考虑一个two-ion物种平衡等离子体(如托卡马克装置)电子密度在一个静态磁场离子物种的特点是质量m1, m2,密度和电荷Z1e Z2e这样很大幅度较低的混合泵波传播通过静电势的等离子体x z平面上

(1)

(2)

(3)

在哪里是电子的质量,和- e和m电子电荷和质量。

泵波电子振荡速度这是由运动方程

我们忽视了压力项。这个方程线性化和取代

我们获得

(4)

(5)

使用速度扰动线性化方程的连续性

我们获得密度扰动

(6)

泵波衰减为静电离子回旋模式/准模的潜在φ和较低的混合边带波潜力

(7)

(8)

在哪里

电子的边带的线性响应一样是由方程(4 - 5),取而代之的是(9)

(10)

线性的电子和离子密度扰动可以写在电子和离子脆弱的感情吗(11)

在哪里

。

在哪里离子热速度,是离子回旋频率和修改后的n阶贝塞尔函数和参数b1和b2,然后呢

非线性响应和增长率

泵的边带夫妇产生低频思考动力在电子。有两个组件,垂直与平行于磁场。电子的反应由磁场强烈抑制,通常是弱。在平行方向上,电子可以有效应对因此,低频率非线性产生主要通过

在并行pondermotive力电子可以写成

(14)

pondermotive潜力原来是

(15)

电子密度波动响应自洽势和φ可以写成

(16)

的密度扰动two-ion物种可以写成

(17)

用方程式。(16)、(17)的泊松方程

我们获得,

(18)

的密度扰动夫妇和电子的振动速度产生一个非线性密度扰动边带解决连续性方程为非线性密度扰动边带,

我们获得

(19)

线性密度扰动的电子由于自我一致的潜力(20)

离子密度扰动可以写成

(21)

在哪里

我们忽略了非线性产生通过离子是抑制它们巨大的质量。

使用这些电子和离子密度扰动的泊松方程

我们获得

(22)

方程(18)和(22)产生非线性色散关系

εε=μ(23)

在哪里

(24)

我们解决Eq。(23)在共振的情况下腐烂。

以防和没有泵,满足线性色散关系分别对应离子回旋和低混杂波衰减过程称为共振衰变。

附近的当低频率的线性色散关系模式(= 0)的形式

给

(25)

在哪里

边带的线性色散关系给了

(26)

我们写的非线性耦合

和扩大ε和εsω左右_r和ω_年代r为

(27)

或

(28)

我们抑制下标rω_r和ω_年代为了简洁。然后非线性色散关系

(29)

方程(29)简化了

(30)

δ是之间的角度在哪里

为了数值升值的增长率,我们进行计算的增长率以下参数:(蒸等离子体),我们策划图1规范化的增长率的变化,的函数(

讨论

在高功率,降低混合波容易参数衰变,因为他们大静电组件的方向垂直于磁场平衡。这种情况尤其在实验波频率选择离子通过降低混合共振加热。高分数的权力被发现衰减非线性注入低频波,女儿和这一现象常常阻止能力有效地到达等离子体核心和热等离子体。在当前驱动器所需的频率越高,衰减参数的问题似乎不太严重,但它仍然是开放的,尤其是在高密度,广泛的理论和实验调查的主题。参数化低混杂波不稳定的振荡速度的电子订单或大于声速。对托卡马克参数,秩序的权力要求≥10兆瓦。衰变为离子回旋波和低混杂波具有巨大的增长率。提供了高和低频率之间的耦合模式主要由电子涉及平行思考动力漂移。

对于一个典型的蒸托卡马克等离子体,增长率与频率ω接近氘离子回旋波回旋频率随离子回旋波的波数。然而,增长率下降的比率氘氚密度增加。

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