Azimuthal surface waves in toroidal magnetic traps

Abstract

Extraordinary polarized electromagnetic surface waves are known to propagate with zero axial wave number (kz=0) along the small azimuth j nearby the interface of a cold uniform plasma located in cylindrical metal chambers and immersed into axial steady magnetic field B0z [1]. These waves are called as azimuthal surface waves (ASW). ASW are shown to be eigen modes of toroidal plasmas. Their dispersion properties are examined with taking into account numerous peculiarities of plasma in toroidal traps: a magnitude of the external toroidal magnetic field, a thickness of the vacuum layer between plasma and metal chamber, a small radius of plasma, toroidal and ripple variations in steady magnetic field, a deviation of plasma-vacuum and vacuum–metal cross-sections’ shapes from a circle, a presence of the poloidal component of the confining magnetic field, a non-uniformity of the density radial profile, etc. ASW with frequencies over the electron cyclotron frequency |we| are shown to be absorbed within the local resonance region, ε₁(r₀)= 0, where ε1 is the diagonal element of the plasma dielectric tensor. Possibility is shown of additional heating of a radially inhomogeneous plasma in small toroidal devices with a rippled magnetic field via the absorption of satellite harmonics of the ASW with frequencies below |we| within the local resonance region, ε₁(r₁) = [2πc/(ωL)]², where L is the ripple period.

Показано, що незвичайно поляризовані електромагнітні хвилі можуть поширюватися з нульовим тороїдним хвильовим числом уздовж малого азимута поблизу поверхні плазми у тороїдній металевій камері з магнітним полем. Їхні дисперсійні властивості досліджено з урахуванням численних особливостей плазми тороїдних пасток. Особливу увагу приділено поглинанню цих хвиль у плазмі з радіально-неоднорідним профілем густини.

Показано, что необыкновенно поляризованные электромагнитные волны могут распространяться с нулевым тороидальным волновым числом вдоль малого азимута вблизи поверхности плазмы в тороидальной металлической камере с магнитным полем. Их дисперсионные свойства исследованы с учетом многочисленных особенностей плазмы тороидальных ловушек. Особое внимание уделено поглощению этих волн в плазме с радиально- неоднородным профилем плотности.