Дисперсионное соотношение для волн в диапазоне электрон- электронных циклотронных частот в холодной плазме дается уравнением A0.79). Знаки плюс и минус в A0.79) относятся к обыкновен- обыкновенной и необыкновенной волнам, соответственно. Обыкновенная волна может распространяться, только ко- когда и2 > i7g, как это ясно из A0.86) (в случае в = тг/2). Эту волну можно воз- возбудить набором волноводов, подобным то- тому, что используется для нижнегибрид- нижнегибридных волн (рис. 12.6) и излучает электри- электрическое поле, параллельное внешнему маг- магнитному полю. Фаза каждого волновода выбирается таким образом, чтобы обес- обеспечить соответствующую величину па- параллельного показателя преломления Щ = kzc/u>= 2ttc/(uXz). Дисперсионное соотношение для необыкновенной волны да- дается A0.87). При 9 = тг/2 оно задается A0.52). Необходимо, чтобы неравенства ujfjH > J1 > а;?, ^lh оставались верными. Как видно из диаграммы СМА на рис. 10.5, необыкновенная волна может проникнуть в центр плазмы со стороны большего поля (см. рис. 12.7), но не может со стороны меньшего поля из-за 8 Миямото К. Рис. 12.6. Набор волно- волноводов для возбуждения нижнегибридной (мед- ленной)волны 226 Гл. 12. Распространение волн и волновой нагрев Рис. 12.7. Положения электронного циклотронного резонанса (и = Qe)> верхне- верхнего гибридного резонанса (и = иш) и R-отсечки {и = ur) в случае До > Яео, где До и 77ео — электронная циклотронная резонансная частота и плазменная частота в центре плазмы, соответственно (левый рисунок). Правый рисунок — диаграмма СМА в области электронной циклотронной частоты отсечки и = u;r. Необыкновенную волну можно возбудить волно- волноводом, который излучает электрическое поле, перпендикулярное внешнему магнитному полю (см. разд. 10.2а). Вклад ионов в диэлектрический тензор пренебрежимо мал. Когда для электронов выполняются соотношения b <С 1, Со ^ 1» диэлектрический тензор горячей плазмы имеет вид Кхх = Kyy = Кху = -i yy Kxz = Kzz=l-X Kyz = i Xxz « Xyz « 2-1/2ХУ^СоA + C-i^-i), с uj-Q» wr N± = k±c Уравнения Максвелла можно записать как (Кхх - N$)EX + КхуЕу + М(ЛГ„ + Xxz)Ez = 0, -КхуЕх + (Куу - JVf - N\)Ey + »JV±x»s^ = 0, ЫЩ + Xxz)Ex - iN±XyzEy + (l-X-Nl(l- Xzz))Ez = 0. Решением являются выражения Ех _ гМ2±Ххг(Щ + xxz) + Kxy(l -X-Nj(l -Xx,)) NL(iXxz(Kxx - Nf) + Кху(Щ + § 12.6. Электронный циклотронный нагрев 227 Еу _ NJ(Nl{ + Xxzf - (Кхх - АГ|)A - X - N1A - х„)) Ez N±(iXxz(Kxx - Nf) + Кху(Щ + Xxz)) Мощность, поглощаемая единицей объема Р-\, определяется из A2.24) следующим образом: Р., = Если и = J?e, то С-1 = 0, Z_i = гтг1/2, Кхх = 1 + ih, Kxy = h, Xyz = Xxz = 2l/2X(vTe/c)Co = Х/BЩ)9 Xzz = 0, h = тг1 ^ Диэлектрический тензор К приобретает вид " 1 Ч- г/г, h N±Xxz' -h l+ih iN±Xxz Для обыкновенной волны (О-волна) имеем Ех - iEy _ 1М2±@Щ(Щ + Xxz) - »A - Щ){\ -Х- N1@)) Когда Щ <С 1 и угол падения близок к перпендикуляру, из A0.82) следует 1-Х - N1@) = A - ХЩ. Так как Xxz = = Х/2Щ, величина Xxz > Щ ¦ Вследствие этого Ех - iEy _ гЛ Ez ЩЬ + iXxz Для необыкновенной волны (Х-волна) получаем Ех - iEy = %№±(Х)Щ(Щ +Xxz)- г(\-Щ)(\-Х - NJ(X)) Еу . Nl(X)(Nll+XxzJ-(Kxx-Nf)(l-X-Ni(X)y При ЛГ|| < 1 и ш = Пе из A0.83) следует 1 - X - iV|(X) и » -1+Nfi. Так как xlz = Bк)~1/2{уъ/сЩ)Х1г < /г, предыду- предыдущее уравнение приводится к Ех - iEy _ -A + М2±(Х)Щ(Щ + хх,)) .. -1 Еу Н-Щ+к1(Х)(Щ+ХхгJ)~ h ¦ Мощность, поглощаемая единицей объема, при ш = Qt равна 228 Гл. 12. Распространение волн и волновой нагрев ~ ^.\f |2_2_ (ЕЛ2 (Л ^\\ ~ 2 ^zl (fcr)'/HcJ \сЩ) iVf + (г,Те/сJB/7г) для обыкновенной волны и V/2 ПЛ~2 р P_i() 2IVI ^ gIyl ( для необыкновенной волны [14, 15]. Так как Р(О) ос пеТе1/2/А/||, Р(Х) ос ЛГцГе1/2/пе, обыкновенная волна поглощается с ростом плотности и при приближении на- направления распространения к перпендикулярному сильнее, а для необыкновенной волны — тенденция обратная. Эксперименты по электронному циклотронному нагреву про- проводились на установках Т-10, ISX-B, JFT-2, D-IIID и других; была продемонстрирована хорошая эффективность ЭЦН.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Электронный циклотронный нагрев» з дисципліни «Основи фізики плазми і керованого синтезу»
