Антенное устройство для возбуждения медленных волн в плазме, находящейся в магнитной ловушке Советский патент 1991 года по МПК H05H1/00 G21B1/00 

Изобретенив относится к антенным устройствам для возбуждения электромагнитных волн в плазме и может быть использовано для СВЧ нагрева плазмы, поддержания стационарного тока в . замкнутых магнитных ловушках в том

. числе в термоядерном реакторе, а так- . же для диагностических целей, например для приема излучения из плазмы. Целью изобретения является упро- щенке конструкции антенного устройства при использовании его для возбуждения медленных кинетических волн, бе- .гущих, преимущественно, в одном на- правлении вдоль магнитного поля

В антенном устройстве, содержащем два . расположенных параллельно границе плазмы и разделенных поперечной по отношению к направлению магнитно- го поля щелью электропроводящих экрана, к кромкам которых подключен ВЧ- генератор, цель достигается тем, что один из экранов имеет длину 1, удовлетворяющую условию 1.1 , где 1 - длина затухания поверхностной медленной электромагнитной волны (МВ(Э)), а в другом экране выполнена вторая щель, к которой подключен пассивный резонансный элемент, собственная частота которого близка к частоте возбуждаемых медленных волн, причем расстояние между щелями близко к четверти длины поверхностной медленной электромагнитной волны0

На чертеже представлена схема предлагаемого антенного устройства,

Антенное устройство состоит из двух электропроводящих экранов 1 и 2s расположенных параллельно границе плазмы и магнитному полю В и разделенных узкой щелью К кромкам эк- ранов у щелк подключен ВЧтенератор З Экраны расположены на расстоянии d от границы плазмы В экране 2 на рас- стоянии 5 от возбуждающей щели, равном четверти длины поверхностной МВ(э) выполнена вторая щель, к которой подключен пассивный резонансный элемент, А, собственная частота которого совпадает с частотой возбуждаемых медленных волно

Длину экрана 1 1 и величину расстояния между.щелями о определяют, рассчитывая длину затухания I1 и длину волны поверхностной МБ(Э), исходя из величины вакуумного промежутка d и параметров приграничной плазмы 5 Для этого необходимо решить известное дисперсионное уравнение для поверхностной МВ(Э)г

Ni(N

(N

,м --и,+е,н1,А2 -Ч

-N,,). th

И

Ых5- -Г - d) О,

где Ј-S e,x2), 1г - -yg-ч.

Здесь f, s Ј, компоненты диэлектрического тензора плазмы, а- йЈ - тепловая добавка к диэлектрическому тензору плазмы

Это уравнение имеет комплексное решение х, причем длина волны поверхностной МВ(Э) определяется через

R е х Ј N ,, , 2

)

CONM

- скорость света в вакууме, а затухания l через

«О

)

ю 5 0

5

0 5 0

5

0

5

где G3 - частота КВ(Э).

Антенное устройство на примере возбуждения- медленных кинетических волн (MB(К)) работает следующим образом

С помощью ВЧ-генератора 3, подключенного к кромкам электропроводящих экранов 1 и 2, в промежутке между границей плазмы и экранами возбуждаются поверхностные МВ(Э),бегущие вдоль магнитного поля в обе стороны от щели По мере распространения, поверхностные MB(Э) затухают за счет излучения медленной кинетической волны МБ(К), распространяющейся вглубь плазмы

Поскольку длина экрана 1 1 , .где 1 - длина затухания поверхностной МВ(Э), то поверхностная волна практически полностью затухнет по мере распространения вдоль магнитного поля к концу экрана за счет передачи энергии МВ(К), возбуждающейся в плазме Поэтому амплитуда отраженной от конца экрана волны будет незначительной Таким образом, влево от возбуждающей щели вдоль магнитного поля будет распространяться б.егущая №(9) возбуждающая в плазме МВ(К)0

Поверхностная МВ(3), распространяющаяся вдоль экрана 2, будет практически, полностью отражаться от пассивной щели и в области между щелями будет существовать стоячая МВ(Э)в Амплитуда прошедшей волны, распространяющейся вправо от пассивной щели, будет незначительнойо

В качестве конкретного примера выполнения устройства была рассмотрена антенна для возбуждения MB(К), бегущих преимущественно в одном направлении вдоль магнитного поля в установке типа токамак со следующими параметрами, приграничной плазмы: Нс

- 4 -ю см-Л т; эв, w i

-(,95, В0 - AT, R0- 5 м, рабочий газ - дейтерий, где Не - плотность плазмы, Т; и Тв - температуры ионов и электронов, оЗ - круговая частота генератора, Qt ион но-циклотронная частота, Вп - величина постоянного магнитного поля,-. R - большой радиус токамака.

В этом случае для d 0,5 см длина затухания 1( 0,73 м, 1,72 м и таким образом длина экрана 1 1 3 1 2,2 м, а расстояние между целями S т 0,43 MO Расчеты показали, что в этих условиях амплитуда бегущих МВ(К) вдоль зкрана} в котором выполнена пассивная щель, примерно в 2,4 раза меньше, чем амплитуда пакета MB(К), бегущих в противоположном напр авлении0

Преимущества антенного устройства заключаются в том, что при возбуждении в плазме MB(К) отпадает необходимость использования большого количества фидерных вводов в вакуумную камеру магнитной ловушки, а также дополнительных устройств для их фазировки. Антенное устройство позволяет осуществить возбуждение в плазме медленных кинетических волн (ионных волн Берн- штейна) , бегущих в одном направлении вдоль магнитного поля, что позволяет использовать такие устройства для

16182656

поддержания стационарного-тока в то- камаках и стеллараторах Формула изобрет ения

Антенное устройство для возбуждения медленных волн в плазме, находя- щейся в магнитной ловушке, содержащее два расположенных параллельно границе

.плазмы магнитной ловушки и разделенных поперечной по отношению к направлению магнитного поля щелью зпектропроводящих экрана, к кромкам которых подключен высокочастоткын генератор мощности, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства при его использовании для возбуждения медленных кинетических волн, бегущих преимущественно в одном направлении вдоль магнитного поля, один из экранов имеет длину 1, удовлетворяющую условию J/ l , где l - длина затухания поверхностной медленной электромагнит .

ной волны, а в другом экране выполнена вторая щель, к которой подключен пассивный резонансный .элемент, собственная частота которого равна частоте возбуждаемых медленных волн,

причем расстояние между щелями равно четверти длины поверхностной медленной электромагнитной волны

Изобретение предназначенное для возбуждения медленных кинетических волн в плазме, создаваемой в магнитных ловушках, бегущих, преимущественно, в одном направлении вдоль магнитного поляо Цель изобретения - упрощение устройства при его использовании для возбуждения медленных кинетических волн, бегущих преимуще- ственно в одном направлении магнитного поля. Устройство состоит из двух электропроводящих экранов 1 и 2, расположенных параллельно границе плазмы и магнитному полю и подключенных к генератору 3 ВЧ-энергии Длина экрана 1 не меньше длины затухания поверхностной медленной электромагнитной волны0 Во втором экране выполнена щель, к которой подключен пассивный резонансный элемент 4, собственная частота которого близка к частоте возбуждаемых медленных волн Расстояние между пассивной щелью и щелью, к которой подключен ВЧ-гене- ратор,близко к четверти длины поверхностной медленной электромагнитной волны, В промежутке между экранами и границей плазмы с помощью ВЧ-гене- ратора 3 возбуждаются поверхностные медленные электромагнитные волны, бегущие вдоль магнитного поля в обе стороны от щелис Волна, бегущая в сторону пассивной щели, переносит меньший поток ВЧ-энергии, чем полна бегущая в противоположную сторону. Вследствие этого, в плазме возбуждаются медленные кинетические волны, бегущие, преимущественно, в одном направлении вдоль магнитного поля. 1 ил. . (Л с о So ьэ о СП