阿爾芬共振向磁重聯轉換的理論與數值研究

《阿爾芬共振向磁重聯轉換的理論與數值研究》是依託大連理工大學,由欒其斌擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：阿爾芬共振向磁重聯轉換的理論與數值研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：欒其斌

項目摘要

阿爾芬共振與磁重聯是磁化電漿中兩種重要的奇異電流結構，如日冕加熱、磁層亞暴及“鎖模”等很多天體、空間及聚變電漿中的現象都與兩者有關。雖然阿爾芬共振與磁重聯的理論已研究了幾十年，但近幾年國際上才開始關注兩者的聯繫，並在電阻磁流體模型下展開了有關兩者轉換的研究。然而到目前為止，轉換的物理機制仍不清楚，而對於空間及聚變中更常見的無碰撞電漿，相關研究仍未開展。故申請者擬建立阿爾芬共振向磁重聯轉換的理論模型，開發適合解決奇異層問題的自適應非均勻格線code，採用理論解析和數值模擬相結合的方法，分別對電阻及霍爾（Hall）電流主導下的轉換的物理機制展開研究。本項目的預期成果將為位於磁重聯和阿爾芬共振之間的中間譜段的日冕加熱問題提供模型與參考。另外，合肥和成都兩所的聚變裝置都已安裝共振磁擾動（RMP）線圈，本項目的成果也將對旋轉電漿對共振磁擾動場回響的實驗研究提供理論支持。

結題摘要

阿爾芬共振與磁重聯作為奇異電流結構廣泛的存在於空間及實驗室磁化電漿中。空間的奇異結構，即局域的大梯度，意味著系統存在大量自由能，因此奇異電流結構與許多時間爆發快，能量釋放劇烈的磁流體不穩定性有關。在磁約束核聚變領域，作為磁流體不穩性的一種，邊緣局域模一直是托卡馬克物理理論及實驗界所關心的熱點問題。特別是在有理面附近的奇異電流會禁止電漿外加共振磁擾動場，使其無法有效地滲透到電漿內部從而對邊緣局域模加以控制。近年來研究發現，隨著電漿流速的變化，對應不同的奇異電流結構，電漿的禁止存在不同的機制。因此本項目主要關注電漿對外加擾動場的回響這一熱點問題，利用磁流體不穩定性程式MARS研究不同的平衡剖面下的禁止機制及相應的奇異電流結構的轉換。 由於電漿平衡流的存在，磁面上各平衡量在極向上有分布，此時對應的平衡量是二維分布。因此本項目的研究分兩個方面。一方面，利用現有的MARS程式，考慮非自洽的帶有電漿旋轉的一維平衡。研究表明，當電漿旋轉速度較低時，有理面附近存在雙峰的奇異電流結構，而轉速達到一定閾值後會產生單峰的禁止電流。兩種奇異電流結構，前者對應GGJ禁止機制，後者對應RI機制。當有理面附近存在大磁島時，GGJ的禁止電流的奇異結構發生改變，禁止效果消失，而極向變化的電漿旋轉對兩種禁止電流的奇異結構影響不大，但會改變相應的轉換閾值。另一方面，為了考慮自洽的二維平衡，本項目對MARS程式進行升級，涉及對MARS的模型修改以及MARS與二維平衡計算程式FLOW接口程式的編寫。升級後的MARS程式可以計算帶有一般剖面的電漿平衡流及具有各項異性的平衡壓強的磁流體力學問題，為今後考慮奇異電流轉換的線性及準線性過程打下基礎。