Plasma Physics ReportsPlasma Physics ReportsФизика плазмы0367-29213034-6371The Russian Academy of Sciences68375010.31857/S0367292124120064EEWBFMМАГНИТНЫЕ ЛОВУШКИResearch ArticleFull-wave modeling of electron cyclotron plasma heating at the fundamental and second harmonics for the GDMT facilityПолноволновое моделирование электронного циклотронного нагрева плазмы на первой и второй гармониках в установке ГДМЛGospodchikovE. D.ГосподчиковЕ. Д.
Russian Federation
egos@ipfran.ruChuvakinP. A.ЧувакинП. А.
Russian Federation
egos@ipfran.ruSolomakhinA. L.СоломахинА. Л.
Russian Federation
egos@ipfran.ruShalashovA. G.ШалашовА. Г.
Russian Federation
egos@ipfran.ruA.V. Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physic of the Russian Academy of SciencesИнститут прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАНG.I. Budker Institute of Nuclear Physics, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesИнститут ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН2712202450121474148910062025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0367-2921/article/view/683750

Possible scenarios of auxiliary electron cyclotron plasma heating in various configurations of the next-generation open magnetic trap GDMT (Gas-Dynamic Multiple-mirror Trap) designed at the Budker Institute of Nuclear Physics are considered. For this purpose, a full-wave impedance approach is used to model the interaction of electromagnetic waves with hot plasma, which allows taking into account the interaction of electromagnetic and quasi-electrostatic modes in the vicinity of the electron cyclotron resonance in an axisymmetric magnetic configuration. Heating scenarios using the ordinary electromagnetic mode at the fundamental harmonic and extraordinary mode at the second harmonic are considered. For each case, the ranges of the setup parameters in which such a heating scheme can be effective are determined; optimal for the heating efficiency focusing parameters of the quasi-optical microwave beam are analyzed.

Проанализированы возможные сценарии дополнительного электронного циклотронного нагрева плазмы в различных конфигурациях проектируемой в ИЯФ СО РАН открытой магнитной ловушке следующего поколения ГДМЛ (газодинамическая многопробочная ловушка). Для этого был применен полноволновой импедансный подход к моделированию взаимодействия электромагнитных волн с субтермоядерной плазмой, позволяющий учитывать взаимодействие электромагнитных и квазиэлектростатических мод в окрестности электронного циклотронного резонанса в осесимметричной магнитной конфигурации. Рассмотрены схемы нагрева на первой гармонике гирочастоты обыкновенной электромагнитной волной и на второй гармонике необыкновенной волной. Для каждого случая определены диапазоны параметров установки, в которых такая схема нагрева может быть эффективной; проанализированы оптимальные с точки зрения эффективности нагрева параметры фокусировки вводимого квазиоптического СВЧ-пучка.

high-temperature plasmaopen magnetic trapelectron cyclotron resonancewave propagation in plasmaвысокотемпературная плазмаоткрытая магнитная ловушкаэлектронно-циклотронный резонансраспространение волн в плазмеМинистерство науки и высшего образования РФMinistry of Science and Higher Education of the Russian Federation075-00945-23-00Сковородин Д.И., Черноштанов И.С., Амиров В.Х., Астрелин В.Т., Багрянский П.А., Беклемишев А.Д., Бурдаков А.В., Горбовский А.И., Котельников И.А., Магомедов Э.М., Полосаткин С.В., Поступаев В.В., Приходько В.В., Савкин В.Я., Солдаткина Е.И., Соломахин А.Л., Сорокин А.В., Судников А.В., Христо М.С., Шиянков С.В., Яковлев Д.В., Щербаков В.И. // Физика плазмы. 2023. Т. 49(9). С. 831.Bagryansky P.A., Shalashov A. G., Gospodchikov E.D., Lizunov A.A., Maximov V.V., Prikhodko V.V., Soldatkina E.I., Solomakhin A.L., Yakovlev D.V. // Phys. Rev. Lett. 2015. V. 114. P. 205001.Yakovlev D.V., Shalashov A.G., Gospodchikov E.D., Maximov V.V., Prikhodko V.V., Savkin V.Ya., Soldatkina E.I., Solomakhin A.L., Bagryansky P.A. // Nucl. Fusion. 2018. V. 58. P. 094001.Bagryansky P.A., Anikeev A.V., Denisov G.G., Gospodchikov E.D., Ivanov A.A., Lizunov A.A., Kovalenko Yu.V., Malygin V.I., Maximov V.V., Korobeinikova O.A., Murakhtin S.V., Pinzhenin E.I., Prikhodko V.V., Savkin V.Ya., Shalashov A.G., Smolyakova O.B., Soldatkina E.I., Solomakhin A.L., Yakovlev D.V., Zaytsev K.V. // Nucl. Fusion. 2015. V.55. P. 053009.Bagryansky P.A., Demin S.P., Gospodchikov E.D., Kovalenko Yu.V., Malygin V.I., Murakhtin S.V., Savkin V.Ya., Shalashov A.G., Smolyakova O.B., Solomakhin A.L., Thumm M., Yakovlev D.V. // Fusion Sci. Technol. 2015. V. 68. P. 87.Хусаинов Т.А., Балакин А.А., Господчиков Е.Д., Соломахин А.Л., Шалашов А.Г. // Физика плазмы. 2024. Т. 50.Alikaev V.V., Litvak A.G., Suvorov E.V., Fraiman A.A. // High Frequency Plasma Heating / Ed. A.G. Litvak. New York: AIP, 1991. Ch. 1. P. 1.Шалашов А.Г., Господчиков Е.Д. // УФН. 2011. Т. 151. С. 151.Shalashov A.G., Gospodchikov E.D. // Plasma Phys. Control. Fusion. 2010. V. 52. P. 025007.Господчиков Е.Д., Чувакин П.А., Шалашов А.Г. // Физика плазмы. 2023. Т. 49. С. 953.Днестровский Ю.Н., Костомаров Д.П., Скрыдлов Н.В. // ЖТФ. 1963. Т. 33. С. 922.Шафранов В.Д. // Вопросы теории плазмы. Вып. 3 / Под ред. М.А. Леонтовича. М.: Госатомиздат, 1963. С. 129.Bornatici M., Engelmann F., Maroli C., Petrillo V. // Plasma Phys. 1981. V. 23. P. 89.Lazzaro E., Ramponi G., Giruzzi G. // Phys. Fluids. 1982. V. 25. P. 1220.Shalashov A.G., Balakin A.A., Gospodchikov E.D., Khusainov T.A. // Phys. Plasmas. 2016. V. 23. P. 112504.Шалашов А.Г., Балакин А.А., Хусаинов Т.А., Господчиков Е.Д., Соломахин А.Л. // ЖЭТФ. 2017. Т. 151. C. 379.Shalashov A.G., Gospodchikov E.D., Khusainov T.A., Solomakhin A.L., Yakovlev D.V., Bagryansky P.A. // Nuclear Fusion. 2022. V. 62. P. 124001.Шалашов А.Г., Господчиков Е.Д., Хусаинов Т.А. // Физика плазмы. 2022. Т. 48. С. 993.