Estudo da absorção de ondas eletromagnéticas de alta freqüência em plasmas inomogêneos com presença de corrente

Abstract

Neste trabalho estudamos as propriedades dielétricas de plasmas inomogêneos, com ênfase na análise dos efeitos de inomogeneidades sobre a absorção de ondas eletromagnéticas em plasmas portadores de corrente. Inicialmente, apresentamos uma revisão sobre alguns aspectos básicos relacionados com a propagação e absorção de ondas eletromagnéticas em um plasma; nesta revisão discutimos alguns aspectos da literatura disponível sobre o tratamento da relação de dispersão em plasmas inomogêneos e sobre a obtenção do tensor dielétrico em meios inomogêneos. A seguir, utilizamos expressões gerais para as componentes do tensor dielétrico, obtidas da literatura, e as particularizamos para o caso de ondas de alta freqüência propagando-se em um plasma caracterizado por uma corrente na distribuição eletrônica, ao longo da direção do campo magnético. Realizamos então uma análise numérica com o objetivo de estudar a influência dos parâmetros do plasma e seus gradientes sobre o coeficiente de absorção de ondas eletromagnéticas de alta freqüência, propagando-se perpendicularmente ao campo magnético externo. Estudamos também os efeitos da inomogeneidade sobre a absorção de radiação de ciclotron em um plasma de tokamak, descrito de forma aproximada por uma lâmina de plasma com perfis espaciais para os parâmetros do plasma. Este cálculo não incluiu os efeitos da inomogeneidade no campo magnético, e mostrou que as inomogeneidades nos demais parâmetros não têm efeito significativo na absorção em tokamaks, ao menos para as situações de inomogeneidades suaves consideradas em nosso modelo.

In the present work we have studied the dielectric properties of inhomogeneous plasmas, emphasizing the analysis of inhomogeneity effects on the absorption of electromagnetic waves by current-carrying plasmas. Initially, we presented a review about some basic features related to propagation and absorption of electromagnetic waves in plasmas; in the review we discussed some topics from the available literature, about the treatment of the dispersion relation for inhomogeneous plasmas and about the procedures for derivation of the dielectric tensor for inhomogeneous plasmas. We have then utilized general expressions for the dielectric tensor components, obtained from the literature, in order to study the particular case of high-frequency waves propagating in a plasma featuring an electronic current along the direction of the magnetic field. A numerical analysis was then conducted, in order to study the influence of plasma parameters and their gradients on the absorption coefficient for high-frequency electromagnetic waves propagating perpendicularly to the ambient magnetic field. We have also studied the inhomogeneity effects on the absorption of electron cyciotron radiation by a tokamak plasma, with the tokamak described approximately by a plasma slab with spatial profiles for the plasma parameters. The study has not explicitly included the effects of magnetic field inhomogeneity, and it has shown that the gradients of other plasma parameters have no significant effect on the absorption by tokamak plasmas, at least in the case of smooth inhomogeneities considered in the model utilized.