Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad-Hassan Alamatsaz,Akbar Parvazian
محمدحسن علامتساز (استاد مشاور) اکبر پروازیان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Nooshin Dashtban shahrezaee
نوشین دشتبان شهرضائی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده فیزیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Lower Hybrid Current Drive in MAST Spherical Tokamak
It is usually recognized that a considerable amount of heating power additional to the ohmic heating will be required to reach ignition in a tokamak reactor. To this purpose, we use the method of the injection of wave. In the large tokamaks, poloidal magnetic field is ignorable versus toroidal magnetic field. Since toroidal magnetic field is very large, we can use cyclotron waves to heat plasma. In recent years there has been considerable interest in generating steady-state currents in a plasma with rf waves. In particular, it was predicted that these currents could be efficiently generated by waves whose phase velocities are several times the electron thermal speed. This prediction has been confirmed by numerous experiments in which the current was driven by lower-hybrid waves. The Lower Hybrid is the combination ion and electron cyclotron frequency resonance with wave frequencies in the 1 GHz to 8 GHz range. These results allow us to contemplate a steady-state tokamak reactor in which the toroidal current is driven by lower-hybrid waves. Current drive refers to the production of toroidal electric in a plasma torus that is, current that encircles the torus hole. The intended use of this current is to enable a tokamak fusion reactor to operate continuously. The method known as Lower Hybrid Current Drive (LHCD) provides waves with a hybrid frequency that, although it possesses an inefficient heating effect, it can drive electric current thanks to the fact that it has an electric component parallel to magnetic field lines. The power provided by this method is around 10MW, and is one of the most used methods in the control of the plasma during the fusion process. The lower hybrid wave may transfer its energy to electrons by Landau damping, leading to acceleration of the electrons motion at the direction along with the wave vector, additional electrical current is thus driven. For LH waves, momentum is transferred from the wave to the fast electrons in the plasma at the resonance condition. This process is studied by numerically solving the Fokker-Planck equation with an added quasi-linear term, to solve this equation, take the plasma then to be azimuthally symmetric about the magnetic field and homogeneous, the Fokker-planck equation then reduces to an equation in time and two velocity dimensions. We have used LSC code to solve the Fokker-Planck equation and simulate the lower hybrid waves injected. The Lower hybrid Simulation Code (LSC) is a computational model of lower hybrid current drive in the presence of an electric field. Heating of electrons and ions is also computed. Details of geometry, plasma profiles and circuit equations are treated. Two-dimensional velocity space effects are approximated in a one-dimensional Fokker-Planck treatment. In this project, simulation of injected lower hybrid waves for NSTX, MAST, PLT and TFTR tokamaks have been performed. The results of this project show that spherical torus have better performance than torque tokamaks. This condition causes the fusion reaction self-sustaining realized, should be better than the possibility of nuclear fusion power and performance is provided. Key Words: Lower hybrid waves (LH), Fokker-Planck equation, LSC code, NSTX,MAST,TFTR and PLT tokamaks.
سال های اخیر توجه قابل ملاحظه ای به تولید جریان های حالت پایا در یک پلاسما با امواج فرکانس رادیویی( rf) شده است. مخصوصاً پیش بینی شد که این جریان ها به طور مؤثری با امواجی که سرعت های فاز چند برابر سرعت گرمایی الکترون دارند، تولید شوند. این محاسبات با آزمایش های بسیاری که در آن جریان با امواج هیبریدی پایین رانش پیدا کرده اند، تأیید شدند. این نتایج به ما اجازة استفاده از یک رآکتور توکامک حالت پایا که در آن جریان توروئیدی با امواج هیبریدی پایین رانده می شوند را می دهند. این روش تحت عنوان رانش جریان امواج هیبریدی پایین (LHCD) شناخته می شود که امواجی با فرکانس هیبریدی هستند. امواج هیبریدی پایین ترکیب فرکانس سیکلوترونی الکترون با یون اند که در محدودة 1 تا 8 گیگا هرتز قرار دارند. توان ایجاد شده در این روش MW 10 است. با وجود این که این روش تأثیر چندانی در گرم کردن پلاسما ندارد، می تواند باعث رانش جریان الکترون ها در راستای موازی با خطوط میدان مغناطیسی شود. رانش جریان به تولید جریان الکتریکی توروئیدی در ماشین پلاسما برمی گردد که جریانی است که حفرة ماشین را دور می زند. هدف استفاده از این جریان این است که یک رآکتور همجوشی توکامک به طور پیوسته عمل کند. موج هیبریدی پایین ممکن است انرژی خود را با میرائی لانداؤ به الکترونها منتقل کند و باعث شود الکترون ها حرکت شتابدار در جهت بردار موج داشته باشند، بنابراین جریان الکتریکی رانش پیدا می کند. میرایی امواج همیشه با انتخاب محدودة سرعت های فاز موازی کنترل می شود. برای امواج LH تکانه از موج به الکترون های سریع در پلاسما در شرط تشدید منتقل می شود. این روش با حل عددی معادلة فاکر- پلانک با یک جملة نیمه خطی اضافه شده مطالعه می شود. برای حل چنین معادله ای، پلاسما را همگن و دارای تقارن محوری حول میدان مغناطیسی توروئیدی فرض کرده و بنابراین معادلات فاکر- پلانک به معادله با یک بعد زمان و دو بعد سرعت کاهش می یابد. برای حل محاسباتی معادلة فاکر – پلانک و شبیه سازی تزریق امواج هیبریدی پایین از برنامة LSC استفاده کردیم. برنامة LSC، یک برنامة محاسباتی و شبیه سازی امواج LH در حضور میدان الکتریکی است که جزئیات هندسی، پروفایل داده ها و معادلات مورد نیاز را به طور کامل در خود دارد. این برنامه توانایی های زیادی دارد. از مهم ترین توانایی های این کد می توان به محاسبة تابع توزیع ذرات در حضور اثرهای اختلالی، جریان و توان الکتریکی حاصل از نفوذ امواج در ذرات اشاره کرد. در این پروژه حل محاسباتی معادلة فاکر-پلانک و شبیه سازی امواج هیبریدی پایین برای توکامک های NSTX ، MAST ، TFTR و PLT انجام گرفت. نتایج حاصل از این پروژه کارایی بالاتر توکامک های کروی در مقایسه با توکامک های چنبره ای بزرگ را نشان می دهد که باعث می شود شرط تحقق واکنش همجوشی خود نگهدار، بهتر صورت بگیرد و امکان همجوشی هسته ای با توان و کارایی بالاتری فراهم آید. کلمات کلیدی: موج هیبریدی پایین، معادلة فاکر – پلانک، برنامة محاسباتی LSC، توکامک های NSTX، MAST، TFTR و PLT ..

ارتقاء امنیت وب با وف بومی