電子サイクロトロン第2高調波に対する加熱応答関数の構築と実験への適用

电子回旋加速器二次谐波加热响应函数的构造及实验应用

• 批准号: 08780444
• 负责人: 立松 芳典
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-08780444/
• 关键词: プラズマ; サイクロトロン共鳴加熱; 第2高調波; 応答関数; タンデムミラー; ガンマ10

電子サイクロトロン第2高調波加熱は、ガンマ10において、サーマルバリア形成、アンカー部高ベータ加に用いられ、最近になってセントラル部電子加熱に利用されている。このため、第2高調波加熱の解析を容易に行える手段として、高調波に対する加熱応答関数を構築した。応答関数構築の第1段階として、不均一磁場における、右まわり円偏波に共鳴する電子の軌道・速度を解析的にもとめ、加熱によるエネルギー増分を計算した。多くの研究においては、エネルギー増分の見積りは、波による軌道のずれを考慮せず行っているが、これを考慮しないと、正しいエネルギー増加は得られない。結果は、n次高調波による1回の共鳴点通過でおきる電子の位相平均エネルギー増分は、軌道のずれを考慮しないで計算したときのn倍になる。波の振幅・振動数・波数、加熱共鳴点での粒子のエネルギー、磁場の特性長などの物理量に対するエネルギー増分の関数形を導出した。次にテスト粒子の軌道数値計算を行い、共鳴加熱によるエネルギー増加を計算し、解析的に得られた結果との比較を行った。波の振幅・波数、初期粒子エネルギーのいろいろな値に対して、共鳴点通過前後のエネルギー増分を計算した。数値計算によるエネルギーの物理量依存は、解析計算結果と非常によく一致した。従来までのエネルギー増分の表式は、磁場に垂直な波数とジャイロ半径の積(k⊥ρ)が小さい時にのみ、成り立つものであったが、今回解析的に得た表式は、k⊥ρが大きなときにも、正確に成り立つ。上で得たエネルギー増分と加熱の特性曲線とを組み合わせることで、加熱応答関数を導いた。この応答関数をガンマ10におけるセントラル部における電子加熱実験に適用した。1回の加熱で1個の電子は平均約10eVのエネルギーを得る。ガンマ10の加熱時間では、数十keVまで加速でき、実際に観測されている高エネルギー電子の生成を第2高調波加熱で説明できる。

电子回旋加速器二次谐波加热用于γ 10，形成热障并为锚定部分添加高β，最近已用于中心部分电子加热。因此，我们构建了谐波的加热响应函数，作为轻松分析二次谐波加热的方法。作为构造响应函数的第一步，我们分析确定了非均匀磁场中与右手圆极化波谐振的电子的轨迹和速度，并计算了由于加热而产生的能量增量。在许多研究中，能量增量的估计没有考虑波浪引起的轨迹偏差，但如果不考虑这一点，就无法获得正确的能量增量。因此，n次谐波一次通过谐振点所引起的电子相位平均能量增量是不考虑轨道偏差时的n倍。我们推导了能量增量相对于波幅、频率、波数、加热共振点处的粒子能量以及磁场特征长度等物理量的函数形式。接下来，我们对测试粒子进行了数值轨道计算，计算了共振加热引起的能量增加，并将结果与​​分析结果进行了比较。我们计算了不同波幅、波数和初始粒子能量值通过共振点前后的能量增量。通过数值计算得到的能量对物理量的依赖性与解析计算结果非常吻合。传统的能量增量表达式仅在垂直于磁场的波数与陀螺半径（k⊥ρ）的乘积较小时才有效，但这次解析得到的表达式即使在较大时也完全成立。将上面获得的能量增量与加热特性曲线结合起来，得出加热响应函数。该响应函数应用于伽玛值为10的中心部分的电子加热实验。一个电子在一次加热中平均获得约 10 eV 的能量。当加热时间为伽玛10时，可以加速到几十keV，并且实际观察到的高能电子的产生可以通过二次谐波加热来解释。

项目成果

T.Saito et al.: "Current-Voltage Characteristics of the End Loss Ion Flux from a Tandem Mirror Collected of a Gridded Energy Aralyzer" Revien of Scientific Instruments. 67-6. 2207-2214 (1996)

T.Saito 等人：“网格能量分析仪收集的串联镜端部损耗离子通量的电流-电压特性”Revien of Scientific Instruments。

Y.Tatematsu et al.: "Electron Cyclotron Resonance Heating near the Turning Point in Inhomogeneous Magnetic Field" Physics of Plasmas. 3-9. 3318-3323 (1996)

Y.Tatematsu 等人：“非均匀磁场转折点附近的电子回旋共振加热”等离子体物理学。

Y.Tatematsu et al.: "Contribution of Yushmanov-Trapped Electrons to a Thermal Dieke" Physics of Plasmas. 3-5. 1603-1611 (1996)

Y.Tatematsu 等人：“尤什曼诺夫俘获电子对热模的贡献”等离子体物理学。

J.Katanuma et al.: "Generation of the Saturated Electrostatic Potential along a Megnetic Field Line" Physks of Plasmas. 3-6. 2218-2220 (1996)

J.Katanuma 等人：“沿磁力线产生饱和静电势”等离子体物理。

T.Saito et al.: "Use of a Semiconductor Detector for Measurement of High Energy End Loss Ions from a Tandem Mirror" Revien of Scientific Instruments. 68-3(印刷中). (1997)

T. Saito 等人：“使用半导体探测器测量串联镜中的高能端部损耗离子”Revien of Scientific Instruments（科学仪器）68-3（出版中）。