Статья «САМОСОГЛАСОВАННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО СОЗДАНИЯ ПЛАЗМЫ В СТЕЛЛАРАТОРЕ, "Физика плазмы"»

Описана самосогласованная модель высокочастотного создания плазмы в ионно-циклотронном диапазоне частот, позволяющая моделировать создание плазмы в установках типа стелларатор. Модель включает в себя систему уравнений баланса частиц и энергии и краевую задачу для уравнений Максвелла. Баланс заряженных частиц включает в себя приток частиц за счет ионизации и потери в результате диффузии и конвекции. В балансе энергии электронов учтены приток мощности в результате ВЧ-нагрева, потери энергии на возбуждение и ионизацию атомов электронным ударом, обмен энергии с ионами из-за кулоновских столкновений, а также потери энергии за счет теплопроводности плазмы. ВЧ-мощность вычисляется путем решения краевой задачи для уравнений Максвелла. В качестве механизма диссипации энергии ВЧ-поля учтены столкновительное поглощение и затухание Ландау. Уравнения Максвелла решаются в каждый момент времени для текущего профиля плотности плазмы и температуры. Расчеты производятся для плазменного цилиндра. Плазма считается азимутально-симметричной и однородной вдоль плазменного шнура. Для решения системы уравнений баланса используется метод Кранка-Никольсона. Уравнения Максвелла решаются в одномерном приближении c помощью разложения в ряд Фурье по азимутальной и продольной координатам. Представлены результаты расчетов по ВЧ-созданию плазмы в стеллараторе Ураган-2М при создании плазмы на частотах ниже ионной циклотронной с помощью рамочной антенны. Расчеты показали, что медленная волна, возбуждаемая антенной, сильно поглощается на периферии плазменного шнура, и доля мощности, идущая в объем удержания, оказывается малой. В результате, температура плазмы в центре плазменного шнура остается низкой, в то время как на периферии плазмы она значительно выше. В связи с этим на периферии имеет место сильное поглощение энергии ВЧ-поля по механизму Ландау.