ELFUTÓ ELEKTRONOK ÉS FÜTYÜLŐ HULLÁMOK

KÖLCSÖNHATÁSA TOKAMAK PLAZMÁKBAN

Témavezető: Dr. Fülöp TündeKonzulens: Dr. Pokol Gergő

TDK konferencia2011. november

16.

Kómár AnnaMSc I. éves fizikus

hallgató

Csavart térszerkezet: toroidális áram

Elfutó elektronok tokamakokban

Diszrupciókban és fűrészfog-összeomláskor (közel kritikus tér)

Kölcsönhatás plazmahullámmal:

növekedési ráta – csillapítás > 0

2011.11.16.

2/13

Elfutó elektronok és fütyülő hullámok kölcsönhatása tokamak plazmákban

Sú

rlód

ási

erő

Energia

2011.11.16.Elfutó elektronok és fütyülő hullámok kölcsönhatása

tokamak plazmákban

0

ie 1

1212

112

22||

22222

22

11

2

r

rr ckck

2122

22

222

22||

11

ckck

válaszImaginárius rész

Növekedési ráta

3/13

Az elektron-hullám kölcsönhatás elmélete

Imi

Plazmahullám diszperziós relációja: Dielektromos

tenzor

Perturbatív

vizsgálat

A vizsgált esetek és közelítések

2011.11.16.Elfutó elektronok és fütyülő hullámok kölcsönhatása

tokamak plazmákban

4/13

Nagy elektromos térEloszlásfüggvény: G.

Pokol,PhD dolgozat, BME TTK,

2009

Magnetoszonikus-fütyülő

hullám

Ultrarelativisztikus

rezonanciafeltétel

Közel kritikus térEloszlásfüggvény: P.

Sandquist, PoP 13(072108), 2006

Elektron-fütyülő hullám

Általános rezonanciafelt

étel

Fütyülő hullámok

2011.11.16.Elfutó elektronok és fütyülő hullámok kölcsönhatása

tokamak plazmákban

5/13

Elektron-fütyülő hullám: ,A. Kómár, BSc Szakdolgozat, BME TTK, 2011

Magnetoszonikus-fütyülő hullám:T. Fülöp et al., PoP 13(062506), 2006

ceci

ceci ~

40ce

Általános rezonanciafeltétel

2011.11.16.Elfutó elektronok és fütyülő hullámok kölcsönhatása

tokamak plazmákban

6/13

Elfutó elektron szuszceptibilitások:eloszlásfüggvény alapján, ∫∫∫d3p

Megjelenik egy rezonancia: implicit!

0

,

||

0

ck

ppnp perpparcepar

Ultrarelativisztikus

Általános esetparp

0||

ck

np ceres

2

022

||

22220

22||0|| 1

ck

npcknckp

ceperpce

res

221 parperp pp

Mi indokolja a fütyülő hullám vizsgálatát?

2011.11.16.Elfutó elektronok és fütyülő hullámok kölcsönhatása

tokamak plazmákban

7/13

Rezonanciafeltétel fizikai, ha: Ultrarelativisztikus esetben ez:

Általános esetben is vizsgálható:

0resp

0||

ck

np ceres 00|| ck és 0n vag

y

00|| ck és 0n

0,0|| kck és 0n

Fütyülő hullám

Növekedési ráta diszrupciók esetén

2011.11.16.

8/13

Elfutó elektronok és fütyülő hullámok kölcsönhatása tokamak plazmákban

A maximumhoz tartozó energián vannak elfutó elektronok.

Elektron-fütyülő hullámMagnetoszonikus-fütyülő

hullám

E/Ec = 865, B = 2 T, ne = 5 ∙ 1019 m-3, nr = 3 ∙ 1017 m-3

(Általános rezonancia)

(Ultrarelativisztikus rezonancia)

Növekedési ráta közel kritikus tér esetén

2011.11.16.

9/13

Elfutó elektronok és fütyülő hullámok kölcsönhatása tokamak plazmákban

Elektron-fütyülő hullám Magnetoszonikus-fütyülő hullám

E/Ec = 1,3 ; B = 2 T, ne = 5 ∙ 1019 m-3, nr = 3 ∙ 1017 m-3

A maximumhoz tartozó energián nincsenek elfutó elektronok.

(Általános rezonancia)

(Ultrarelativisztikus rezonancia)

A leginstabilabb hullám

2011.11.16.Elfutó elektronok és fütyülő hullámok kölcsönhatása

tokamak plazmákban

10/13

leginstabilabb hullám

Elektronok maximális energiája: ~300 keVI. Klimanov et al., PPCF 49:L1-L6,

2007

E/Ec = 1,3

B = 2 T

ne = 5 ∙ 1019 m-3

nr = 3 ∙ 1017 m-3

Csillapítási ráták

2011.11.16.Elfutó elektronok és fütyülő hullámok kölcsönhatása

tokamak plazmákban

11/13

Csillapítási ráták: Ütközéses csillapítás:

Konvektív csillapítás:

Nagy hőmérsékleten: közel kritikus térnél

eid 5,1

r

perpv L

k

4

/

M. Brambilla, PoP 2(4), 1994

G. Pokol, PPCF 50(045003), 2008

vd (Te = 20 keV, ni ~ 1019 m-3)

Stabilitási határ közel kritikus térben

2011.11.16.Elfutó elektronok és fütyülő hullámok kölcsönhatása

tokamak plazmákban

12/13

I. Klimanov et al., PPCF 49:L1-L6,

2007

Lr = 0,4

m

L r = 0,2

m

Célok: elfutó elektron – hullám kölcsönhatás Diszrupciós eredmények vizsgálata nagyobb

frekvenciákon Közel kritikus térben: leginstabilabb hullám

meghatározása, stabilitásvizsgálat Eredmények:

Általános rezonanciafeltétel → fütyülő hullám vizsgálata

A korábbi diszrupciós eredmények kiterjesztése A leginstabilabb hullám közel kritikus tér esetén egy

elektron-fütyülő hullám, k ≈ 1500 m-1 Stabilitás: nr > 1017 m-3 esetén destabilizálódik a hullám

2011.11.16.Elfutó elektronok és fütyülő hullámok kölcsönhatása

tokamak plazmákban

13/13

Összefoglalás

Válaszok a bírálói kérdésekre

2011.10.14.Elfutó elektronok és fütyülő hullámok kölcsönhatása

tokamak plazmákban

14

Periodikus határfeltételek miatt diszkrét a hullám spektruma, de sűrű:

G. Pokol et al., PPCF 50(045003), 2008

Az elfutó elektronok energiájuknak csak egy részét adják át a keltett hullámoknak (kis amplitúdó)