ВЫЧИСЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ПРОДОЛЬНОГО ТОКА ЧАСТИЦ

XXXVIII Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 14 – 18 февраля 2011 г.
ВЫЧИСЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ПРОДОЛЬНОГО ТОКА ЧАСТИЦ,
ИНЖЕКТИРОВАННЫХ МОНОЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ ИСТОЧНИКОМ
П.Р. Гончаров1,2, Б.В. Кутеев2, В.Ю. Сергеев1,2
1
2
СПбГПУ, Санкт-Петербург, Россия, e-mail: [email protected]
РНЦ «Курчатовский институт», Москва, Россия, e-mail: [email protected]
Задача о генерации электрического тока при инжекции пучков быстрых атомов в плазму
связана с кинетической задачей о функции распределения надтепловых ионов. Для
понимания физики процесса предпочтителен аналитический подход. В докладе представлено
вычисление плотности продольного тока инжектированных частиц на основе недавно
полученных в [1] полуаналитических стационарных, а также зависящих от времени решений
кинетического уравнения с кулоновским столкновительным членом и моноэнергетическим
источником. В [1] использован полный столкновительный оператор, сохраняющий число
частиц, обнуляющийся на максвелловской функции при равновесной температуре, и
корректно учитывающий диффузию в пространстве скоростей в дополнение к эффектам,
учтенным в [2-4], а также [5,6].
В работах [2-4] приводятся одинаковые формулы для расчетов плотности тока,
основанные на стационарном решении кинетической задачи с использованием упрощенного
выражения для столкновительного члена. Эти формулы применимы только в частном случае
однокомпонентной плазмы. Для многокомпонентной плазмы использованные в них
параметры недоопределены. В работах [5,6] также были получены стационарные решения
кинетической задачи с использованием других видов упрощенных выражений для
столкновительного члена. Применение функций распределения из [5,6] приводит к
значениям плотности тока, заметно отличающимся (до 20-30%) от [2-4].
Плотность j|| продольного электрического тока инжектированных частиц сорта ,
определяемая их усредненной по функции распределения продольной скоростью v||  vc u ,
вычисляется как
j||  Z en v||  2 Z en v
4
 c

1
 u du   f (u,  )d ,
3
0
1
где   cos  - косинус питч-угла, u  v / vc - безразмерный модуль скорости, определяемый
размерным параметром vc   me m 
13
 2Te
me  , me - масса электрона, Te - электронная
1/2
температура плазмы, Z и m - зарядовое число и масса тестовой частицы, e -
элементарный заряд, n f  u,   - функция распределения частиц сорта , вычисленная в [1].
Приводятся результаты решения нестационарной задачи для многокомпонентной плазмы, а
также сравнения расчетов j|| с работами [5,6] и [2-4] для чисто водородной плазмы.
Авторы выражают благодарность профессору Ю.Н. Днестровскому за обсуждение
постановки задачи.
Литература
[1]. Goncharov P.R., Kuteev B.V., Ozaki T., Sudo S., Phys. Plasmas, 2010, vol. 17, 112313.
[2]. ITER Physics Expert Group on Energetic Particles, Heating, and Current Drive and ITER
Physics Basis Editors, Nucl. Fusion, 1999, vol. 39, pp. 2526-2527.
[3]. Wesson J., Tokamaks, 2004, Oxford, Clarendon Press, pp. 137-139.
[4]. Stacey W.M., Fusion Plasma Physics, 2005, Weinheim, Wiley-VCH Verlag, pp. 298-299.
[5]. Cordey J.G., Core W.G.F., Phys. Fluids, 1974, vol. 17, pp. 1626-.
[6]. Gaffey J.D., J. Plasma Physics, 1976, vol. 16, pp. 149-169.
1