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自从1978年N.J.Fisch提出低杂波电流加热和驱动的理论以来,托卡马克上低杂波电流驱动实验取得了很大的进展。射线追踪已成为研究低杂波在等离子体中传播和功率沉积的重要手段,关于采用几何光学近似法来研究低杂波的传播和功率沉积问题在一些有关低杂波的电流驱动模拟研究中都已作了详细介绍。研究结果指出放电位形的安全因子、等离子体密度、温度、磁面的拉伸比以及三角形变量都能对波的传播产生明显的影响。研究表明等离子体的拉伸和三角形变可以提高托卡马克放电品质和电流驱动效率,EAST托卡马克放电时正是采用了这种被拉伸的位形。我们原有的LHCD程序虽经过发展,但它仅能满足放电位形为圆的情况,对EAST放电位形下的低杂波电流驱动是无法模拟的。因此,我们急需发展新的低杂波模拟程序用来理解和指导EAST上即将进行的低杂波电流驱动实验。
在原有LHCD程序基础上,将其发展成了能够计算非圆情况的。通过求解柱坐标下的射线方程,得到了波在D形磁面位形下的传播情况,本文给出了具体的计算结果,结果显示等离子体密度、温度、等离子体电流、磁场以及不同功率谱都可以影响波在等离子体中传播轨迹以及功率分布。等离子体电流大小改变了极向磁场的分布进而影响到波的传播;等离子体密度变大时,在外部空间便有足够的粒子满足朗道阻尼条件,使波功率沉积在等离子体的外围;纵场的变大使波谱中更多的波能够到达等离子体芯部,于是便有更多的能量沉积于此;所有这些结果基本符合低杂波的物理特征。由于波与等离子体的作用是一个复杂的物理过程,本文未进行过多的物理机制的讨论。这些结果为以后计算驱动电流做好了前提准备,并能给在EAST上即将进行的LHCD实验提供理论指导和分析工具。