Влияние запертых и пролетных частиц на черенковское поглощение волн в сферических токамаках

Abstract

Аналитически описаны пролетные и три группы запертых частиц в тороидальной плазме с D-образным поперечным сечением магнитных поверхностей. Вычислен вклад этих частиц в элементы продольной диэлектрической восприимчивости радиочастотных волн в осесимметричных токамаках при произвольном аспектном отношении, произвольной эллиптичности и малой треугольности. Рассмотрены предельные переходы к известным результатам для более простых моделей плазмы. Полученные диэлектрические характеристики применимы для оценки черенковского поглощения волн электронами плазмы при ее нагреве и генерации токов увлечения в диапазоне частот альфвеновских и быстрых магнитозвуковых волн в токамаках с круглым, эллиптическим и D-образным сечением магнитных поверхностей. Поглощаемая в плазме мощность выражена в виде суммы членов содержащих мнимые части как диагональных, так и недиагональных элементов диэлектрической восприимчивости. Untrapped (passing, circulating) and three of the trapped particles are described analytically in a toroidal plasma with D-shaped transverse cross-sections of the magnetic surfaces. Contributions of these particles to the longitudinal dielectric susceptibility elements are derived for radio-frequency waves in axisymmetric tokamaks under arbitrary aspect ratio, arbitrary elongation and small triangularity. The corresponding limits for the simpler plasma models are considered. Our dielectric characteristics are suitable to estimate the wave dissipation by electron Landau damping during the plasma heating and current drive generation in the frequency range of Alfvén and fast magnetosonic waves, for both the large and low aspect ratio tokamaks with circular, elliptic and D-shaped magnetic surfaces. The dissipated wave power is expressed by the summation of terms including the imaginary parts of both the diagonal and non-diagonal elements of the parallel susceptibility. Аналітично описані пролітні та три групи запертих частинок у тороїдальній плазмі з D-подібним поперечним перерізом магнітних поверхонь. Розраховано внесок цих частинок до елементів поздовжньої діелектричної сприйнятливості радіочастотних хвиль в осісиметричних токамаках при довільному аспектному співвідношенні, довільній еліптичності та малій трикутності. Розглянуто граничний перехід до деяких результатів для більш простих моделей плазми. Отримані діелектричні характеристики мають бути використані для оцінки черенковського поглинання хвиль електронами плазми при її нагріву і генерації струмів захоплення у діапазоні частот альфвеновських і швидких магнітозвукових хвиль в токамаках з коловим, еліптичним та D-подібним перерізом магнітних поверхонь. Поглинута у плазмі потужність має бути виражена через суму членів які містять в собі уявні частини як діагональних, так і недіагональних елементів діелектричної сприйнятливості