Детальная информация

В работе проведено экспериментальное и численное исследование эффективности возбуждения быстрых магнитозвуковых волн петлевой антенной в плазме токамака «Глобус-М2». Изучен нагрев дейтериево-водородной плазмы с помощью этих волн в диапазоне частот первой гармоники циклотронного резонанса ионов водорода. Измеренное значение сопротивления излучения антенны составляет от 0,3 до 0,4 Ом и слабо зависит от профиля плотности плазмы. При величине вводимой высокочастотной мощности до 50 кВт зарегистрирован нагрев водородной компоненты плазмы на 200-300 эВ. Значимого нагрева электронной компоненты плазмы не наблюдалось. В программном пакете COMSOL Multiphysics в рамках модели плоскослоистой холодной магнитоактивной плазмы проведено моделирование возбуждения волн в плазме токамака «Глобус-М2». Расчетные значения сопротивления излучения антенны находятся в хорошем соответствии с экспериментальными. На основе плоскослоистой была создана цилиндрическая модель плазмы и применена для расчетов возбуждения волн в плазме токамака Т-15МД. Обнаружено, что при частоте, меньшей первой гармоники циклотронного резонанса водорода, медленная волна, возбуждаемая на периферии плазмы вблизи альфвеновского резонанса, может переносить значительную часть излучаемой антенной мощности. Результаты данной работы могут быть использованы в Лаборатории физики высокотемпературной плазмы ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН для оптимизации системы ввода высокочастотной мощности в плазму токамака «Глобус-М2», при интерпретации экспериментов по ионному циклотронному нагреву плазмы, а также при разработке систем ввода ВЧ и СВЧ мощности в плазму токамаков нового поколения.

This work presents an experimental and numerical study of the efficiency of fast magnetosonic wave excitation by a loop antenna in the plasma of the "Globus-M2" tokamak. The heating of deuterium-hydrogen plasma by these waves is investigated in the frequency range of the first harmonic of the hydrogen ion cyclotron resonance. The measured radiation resistance of the antenna ranges from 0.3 to 0.4 Ohms and shows weak dependence on the plasma density profile. With applied RF power up to 50 kW, heating of the hydrogen component of the plasma by 200–300 eV was observed. No significant heating of the electron component was detected. Wave excitation in the plasma of the Globus-M2 tokamak was simulated in the COMSOL Multiphysics software using a cold magnetized slab plasma model. The calculated values of the antenna radiation resistance are in good agreement with experimental measurements. Based on the slab model, a cylindrical plasma model was developed and applied to simulate wave excitation in the T-15MD tokamak. It was found that at frequencies below the first harmonic of the hydrogen ion cyclotron resonance, a slow wave excited at the plasma periphery near the Alfvén resonance can carry a significant portion of the power radiated by the antenna. The results of this work can be used by the Laboratory of High-Temperature Plasma Physics at the Ioffe Institute for optimizing the RF power injection system in the Globus-M2 tokamak, for interpreting experimental data on ion cyclotron resonance heating, and for the development of RF and microwave power injection systems in next-generation tokamaks.