Journal of Experimental and Theoretical PhysicsJournal of Experimental and Theoretical Physics0044-45103034-641XRussian Academy of Science10.7868/S3034641X25110117РЕЛЯТИВИСТСКИЙ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ В КЛАССИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЕ ТОКАМАКА — ТЕОРИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТЫРЕЛЯТИВИСТСКИЙ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ В КЛАССИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЕ ТОКАМАКА — ТЕОРИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТЫRomannikovA.N.РоманниковА.Н. romannikov_an_noemail@ras.ruHvostenkoP.P.ХвостенкоП.П. hvostenko_pp_noemail@ras.ruАО «ГНЦ РФ Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований»АО «ГНЦ РФ Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований»НИЦ «Курчатовский институт»НИЦ «Курчатовский институт»010520251685700707

Рассматривается описанный в работах [1,2] релятивистский эффект, который приводит к полоидальной неоднородности радиального электрического поля в плазме токамака. Этот механизм связан с существенной токовой скоростью электронов в плазме для многих экспериментальных режимов работы токамаков. Представленный механизм приводит к появлению неоднородного радиального электрического поля как внутри, так и вне плазмы с током. Магнитные поверхности плазмы являются эквипотенциальными поверхностями с точки зрения электрического поля. Показано, что их существование не приводит к экранировки возникающей релятивистской полоидальной неоднородности радиального электрического поля, и это не противоречит теореме Гаусса. Предложенный механизм хорошо коррелирует с экспериментальными измерениями радиальных профилей скоростей тороидального вращения ионов углерода C в токамаках Топе-Supra, ASDEX и TCV [3, 4]. Электрические поля разных знаков на внутреннем и внешнем обходах тора, которые появляются снаружи камеры токамака, можно в принципе использовать для умеренного прямого преобразования энергии плазмы токамака в электрическую энергию.

Рассматривается описанный в работах [1,2] релятивистский эффект, который приводит к полоидальной неоднородности радиального электрического поля в плазме токамака. Этот механизм связан с существенной токовой скоростью электронов в плазме для многих экспериментальных режимов работы токамаков. Представленный механизм приводит к появлению неоднородного радиального электрического поля как внутри, так и вне плазмы с током. Магнитные поверхности плазмы являются эквипотенциальными поверхностями с точки зрения электрического поля. Показано, что их существование не приводит к экранировки возникающей релятивистской полоидальной неоднородности радиального электрического поля, и это не противоречит теореме Гаусса. Предложенный механизм хорошо коррелирует с экспериментальными измерениями радиальных профилей скоростей тороидального вращения ионов углерода C в токамаках Топе-Supra, ASDEX и TCV [3, 4]. Электрические поля разных знаков на внутреннем и внешнем обходах тора, которые появляются снаружи камеры токамака, можно в принципе использовать для умеренного прямого преобразования энергии плазмы токамака в электрическую энергию.

A. N. Romannikov and P. P. Khvostenko, Phys. Plasmas 30, 122501 (2023).A. N. Romannikov and P. P. Khvostenko, Relativistic Poloidal Non-Uniformity of the Radial Electric Field in Tokamak Plasmas, DOI:10.48550/arXiv.2302.06215.A. Romannikov and C. Fenzi-Bonizec, A Poloidal Non-Uniformity of the Collisionless Parallel Current in a Tokamak Plasma, in Abstracts of 9th Easter Plasma Meeting on Stability and Confinement of Magnetized Plasma, Turin, Italy (29.03–01.04.2005), Report No INIS-FR-3985.Y. Camenen, C. Angioni, A. Bortolon et al., Plasma Phys. Control. Fusion 59, 34001 (2017).R. D. Hazeltine, Phys. Fluids 17, 961 (1974).P. H. Rutherford, Phys. Fluids 13, 482 (1970).J. W. Connor and R. J. Hastie, Nucl. Fusion 13, 221 (1973).A. N. Romannikov, C. Bourdelle, J. Bucalossi et al., Nucl. Fusion 40, 319 (2000).L.-G. Eriksson, G. T. Hoang, and V. Bergeaud, Nucl. Fusion 41, 91 (2001).J. E. Rice, P. T. Bonoli, J. A. Goetz et al., Nucl. Fusion 39, 1175 (1999).W. Stacey, Phys. Plasmas 8, 158 (2001).E. A. Сорокина, В. И. Ильгисонис, Физика плазмы 38, 307 (2012).Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц, Теория поля, Москва, Наука (1988).