快波在等离子体中的传播计算及驱动电流的理论研究

摘要

对先进托卡马克理论和实验研究是当前受控核聚变研究的中心问题。开展快波电流驱动的研究对实现将来聚变堆稳态运行和等离子体高性能运行具有重要的研究意义。本文对离子回旋频段的快波在等离子体中的传播以及快波在等离子体中的功率沉积、驱动起的电流等进行了研究和计算，并得到了如下若干重要结论。 在快波传播方面，采用程函近似方法，结合热等离子体色散关系和波迹方程，通过数值求解得到了在一定参数下的从低场侧发射的快波在不同发射位置、不同初始k||值以及不同发射频率时在等离子体中的波迹。研究表明，在合适的参数下，快波可以在等离子体中传播，且可以传播到等离子体中心，在边缘处当截止层达到一定宽度时，波可以被重新反射入等离子体中，从而可以形成波能的多次吸收。通过调解参数计算发现，发射频率和初始的k||值对波的传播非常重要，它们决定了共振层和截止层出现的位置，从而决定了波的传播区域的范围，同时发现可以利用的波频率的范围比较狭窄，大约在~20MHz到～120MHz之间。另外就是发射位置对波的首次波迹也很重要，为了使波能够尽量穿越等离子体中心位置，需要调解初始k||值来修正。 在快波的波功率沉积和电流驱动方面，利用反跳平均的准线性Fokker-Planck方程沿波迹进行计算，在求解过程中考虑了俘获粒子效应、电子的相对论效应等。利用上述方程可以算出波迹上每一点的电流值和沉积的波功率值。鉴于该方程求解难度较大，所以当前代码已经完成，不过还在调试之中，应该可以在短期内完成并投入使用。