螺旋波等离子体原型实验装置中天线的优化设计与功率沉积

摘要

cqvip:近年来,螺旋波等离子体源在核聚变条件下等离子体与材料的相互作用方面具有十分重要的研究意义.本文对高密度螺旋波等离子体原型实验装置(helicon physics prototype experiment, HPPX)中的螺旋波系统发射天线进行了优化设计,利用HELIC程序,对螺旋波的耦合和功率沉积与天线的类型、天线长度、运行频率等关键参数的相互关系作了数值模拟计算,进而给出了天线的最佳天线结构和物理尺寸.同时还分析了静磁场强度和轴心等离子体密度对功率沉积及其分布的影响,发现等离子体对螺旋波的吸收功率在多个静磁场和轴心密度处有不同的峰值功率点,且整体的耦合趋势随静磁场增大呈上升的趋势,而随轴心密度增大是下降的趋势;并根据这些仿真结果深入探讨了螺旋波等离子体的电离机制.为了进一步研究HPPX装置中螺旋波与等离子体耦合的问题,还给出了等离子体放电时的感生电磁场与电流密度的分布情况.本文工作可为HPPX装置上螺旋波天线设计和相关物理实验提供理论依据.