Modelling of start-up assist by electron cyclotron waves for large-size tokamaks

Summary This paper presents a model describing the plasma production in a tokamak by means of electron cyclotron microwave power and the initial ohmic current ramp-up. A zero-dimensional code is applied to the case of large-size, high magnetic field tokamaks and, in particular, to the case of the INTOR/NET tokamak. It is shown that the r.f. plasma can be produced and heated to temperatures of a few hundred eV with power densities of the order of 50 kW/m³. Detailed results are given for a case in which 4 MW of electron cyclotron power is used to create a plasma whose steady-state temperature is well above the impurity radiation barriers. For the plasma inductance assumed and a current ramp-up rate of 0.625 MA/s, the ohmic current can be initiated in such a plasma with a total-loop voltageV _L<20 V. The resistive contribution to the loop voltage is of the order of 1 V.

---

Riassunto Si descrive un modello di produzione del plasma e dello stadio iniziale di crescita della corrente ohmica in un tokamak, per mezzo di potenza elettromagnetica alla frequenza ciclotronica degli elettroni. Il codice a zero dimensioni che riassume il modello è applicato al caso di tokamak di grandi dimensioni e grandi campi magnetici toroidali ed, in particolare, al caso del tokamak INTOR/NET. Si mostra che il plasma dovuto alle microonde può essere prodotto e portato a temperature elettroniche di qualche centinaio di eV, in questa macchina, con una densità di potenza applicata dell'ordine di 50 kW/m³. Si danno risultati dettagliati, per un caso nel quale una potenza di 4 MW viene applicata per produrre un plasma con temperature di equilibrio molto al di sopra delle barriere di radiazione delle impurezze. Si mostra anche che, per la particolare formula assunta per definire l'induttanza del plasma e per un tasso di salita della corrente ohmica di 0.625 MA/s, la corrente ohmica stessa può salire, in questo tipo di plasma, con una tensione totale di giro inferiore a 20 V. La parte resistiva della tensione di giro si mantiene attorno ad 1 V.

---

Резюме В этой статье описывается модель образования плазмы и начальная стадия нарастания омического тока в токамаке с помощью электромагнитной мощности на циклотронной частоте электронов. Код нулевой размерности применяется в случае токамака больших размеров, больших магнитных тороидальных полей, и частности, в случае токамака INTOR/NET. Показывается, что образуется высокочастотная плазма и температура повышается до нескольких сотен эВ при плотности мощности порядка 50 кВТ/м³. Приводятся подробные результаты для случая, когда для образования плазмы исползуется мощность 4 мВт на электронной циклотронной частоте, причем равновесная температура плазмы много выше радиационных барьеров примесей. Показывается, что для принятой индуктивности плазмы и величины наростания омического тока 0.625 MA/c, в плазме этого типа омический ток может быть возбужден при полном напряжении в контуреV _L <20 В. Вклад активного сопротивления в напряжение в контуре составляет порядка 1 В.

---