Теория линейной трансформации нормальных волн в двумерно-неоднородной магнитоактивной плазме в электронно-циклотронном диапазоне частот

Развита теория линейной трансформации нормальных волн в двумерно-неоднородной магнитоактивной плазме в электронно-циклотронном диапазоне частот, основанная на решении новой эталонной задачи. Установлены принципиальные эффекты, связанные с двумерной неоднородностью среды, – существование оптимальных пучков с ограниченной апертурой, испытывающих полную трансформацию, и разделение в пространстве областей эффективной трансформации пучков, распространяющихся в плотную и из плотной плазмы. В частности, теория описывает процесс трансформации обыкновенной и необыкновенной волн в токамаках с учетом вариации магнитного поля на магнитных поверхностях в области взаимодействия, что представляет значительный интерес для развития методов ЭЦ нагрева и диагностики плотной закритической плазмы в оптимизированных стеллараторах и сферических токамаках.

Аннотация:
Рассмотрены особенности линейного взаимодействия обыкновенной и необыкновенной волн в двумерно-неоднородной магнитоактивной плазме в электронном циклотронном диапазоне частот. Выбранная геометрия задачи моделирует распределение концентрации плазмы и магнитного поля в тороидальной магнитной ловушке с учетом вариации величины и направления магнитного поля на магнитных поверхностях в области трансформации в окрестности поверхности критической концентрации плазмы. Получены эталонная система укороченных волновых уравнений, описывающая распределение электромагнитного поля в двумерно-неоднородной области трансформации, и точное аналитическое решение этой системы.

Определена процедура пересчета полей, проходящих через и отражающихся от области трансформации. Для различных поперечных распределений поля падающих пучков аналитически исследованы распределения поля в трансформированном и отраженном пучках, а также найдены выражения для коэффициентов трансформации. Установлены принципиальные отличия характера трансформации при учете двумерной неоднородности среды от известных результатов, полученных в приближении плоскослоистой плазмы, – наличие оптимальных пучков с ограниченной апертурой, испытывающих полную трансформацию, и разделение в пространстве областей эффективной трансформации пучков, распространяющихся в плотную и из плотной плазмы.

Полученные результаты могут рассматриваться как решение новой эталонной задачи, имеющей широкую область применения в астрофизических и лабораторных приложениях. В частности, теория описывает процесс трансформации обыкновенной и необыкновенной волн в токамаках с учетом вариации магнитного поля на магнитных поверхностях в области взаимодействия, что представляет значительный интерес для развития методов ЭЦ нагрева и диагностики плотной закритической плазмы в современных тороидальных магнитных ловушках – оптимизированных стеллараторах и сферических токамаках.

Авторы: Е. Д. Господчиков, Е. В. Суворов, А. Г. Шалашов (ИПФ РАН).