Electron Landau damping of radio-frequency waves in a toroidal plasma with Solov’ev equilibrium

Abstract

Longitudinal permittivity elements are derived for RF waves in a toroidal plasma with Solov’ev type equilibrium by solving the drift-kinetic equation for untrapped and trapped particles. Our dielectric characteristics are suitable to estimate the wave dissipation by electron Landau damping in the frequency range of the Alfvén and fast magnetosonic waves, for both the large and low aspect ratio tokamaks with circular, elliptic and D-shaped magnetic surfaces. Contributions of the untrapped and usual trapped electrons to the imaginary part of the longitudinal permittivity are computed for a spherical tokamak plasma in the wide range of wave frequencies at the different magnetic surfaces.

Элементы продольной диэлектрической проницаемости получены для радиочастотных волн в тороидальной плазме с равновесием по Соловьеву на основании решения дрейфово-кинетического уравнения для пролетных и запертых частиц. Наши диэлектрические характеристики могут быть использованы при вычислении поглощения волн за счет электронного затухания Ландау в диапазоне частот альфвеновских и быстрых магнитозвуковых волн в токамаках с круговыми, эллиптическими, D-образным сечениями магнитных поверхностей и произвольным аспектным отношением. Вклад пролетных и обычных запертых электронов в мнимую часть продольной проницаемости проанализирован численно в широком диапазоне частот на разных магнитных поверхностях в плазме сферического токамака.

Елементи повздовжньої діелектричної проникливості отримані для радіочастотних хвиль у тороідальній плазмі в умовах рівновагі за Соловйовим на основі розв’язання дрейфово-кінетичного рівняння для частинок, що пролітають або заперті. Діелектричні характеристики, які отримані, можуть бути використані при розрахунках поглинання хвиль за рахунок електронного загасання Ландау в діапазоні частот альфвеновских та швидких магніто звукових хвиль в токамаках з перерізом магнітних поверхонь у вигляді кола, еліпсу, D-образним та довільним аспектним співвідношенням. Внесок електронів, що пролітають або заперті, в уявну частину повздовжньої проникливості проаналізовано чисельними методами в широкому діапазоні частот на різних магнітних поверхнях в плазмі сферичного токамаку.