離子香蕉軌道寬度效應對新經典撕裂模閾值的影響

《離子香蕉軌道寬度效應對新經典撕裂模閾值的影響》是依託核工業西南物理研究院，由曲洪鵬擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：離子香蕉軌道寬度效應對新經典撕裂模閾值的影響
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：曲洪鵬
• 依託單位：核工業西南物理研究院

項目摘要

托卡馬克電漿中新經典撕裂模（NTM）不穩定性引起的磁力線重聯形成的磁島可以破壞磁面的拓撲結構，從而導致電漿約束性能顯著降低。因此，研究NTM的物理機制，掌握控制不穩定性的手段，實現有利於約束改善的放電模式並同時抑制NTM不穩定性的產生，將是磁約束聚變界未來在托卡馬克物理研究上的一個重要方向。有關NTM的理論仍有許多尚未深入研究的地方，在本項工作中，我們將在一個可以包含新經典效應的新穎的二維模型下，利用動力理論和粒子模擬計算，討論包含離子香蕉軌道寬度效應的自舉電流和極化漂移對小磁島情況下的NTM的激發閾值問題的影響。這是前人尚未研究的一個重要物理機制，希望此項工作結果可以與HL-2A實驗觀測結果對比，並推進人們對托卡馬克電漿中NTM現象的理解。

結題摘要

在托卡馬克電漿中，新經典撕裂模形成的磁島可以破壞磁面的拓撲結構，導致約束性能顯著降低。當NTM的種子磁島的寬度接近或小於離子香蕉軌道寬度時，離子香蕉軌道寬度效應能影響其演進方程中的自舉電流和新經典極化漂移項，進而決定其激發閾值。由於小磁島情況下NTM物理機制複雜，在過去的工作中，離子香蕉軌道寬度效應對自舉電流項和新經典極化漂移項的修正基本是根據經驗或少量模擬計算結果獲得，缺乏定量的解析或模擬結果。圍繞定量地討論包含離子香蕉軌道寬度效應的自舉電流和新經典極化漂移電流對小磁島情況下的NTM的激發閾值影響這一中心，課題組首先討論了碰撞電漿中包含離子香蕉軌道寬度效應的自舉電流和新經典極化漂移電流項對小磁島情況下的NTM演進的影響。然後通過坐標變換和離子香蕉軌道平均將三維環狀位形下的動理方程簡化，建立一個可以保留新經典效應的離子香蕉軌道中心坐標下的二維動理方程，利用解析推導，定量地討論了弱碰撞電漿中離子香蕉軌道寬度效應對NTM演進方程中新經典極化項的影響。以上工作的結果顯示了當磁島寬度較小時，離子香蕉軌道寬度效應對新經典極化項的削弱遠強於對自舉電流驅動項的削弱，削弱程度也遠大於此前一些工作中根據經驗作出的估計。同時，以保留新經典效應的離子香蕉軌道中心坐標下的2D動理方程為基礎，進行了粒子模擬程式的編寫和調試。此外，通過在剪下平板磁場位型下加入磁島結構，課題組研究了磁島作用於線性漂移波擾動時，對邊緣電漿中漂移波本徵模特徵得影響。與此前的工作不同，根據課題工作得到的結論，由於新經典極化項對NTM的致穩作用被離子香蕉軌道寬度效應極大削弱，可能不足以抵消自舉電流驅動項，這說明離子香蕉軌道寬度量級的磁島的激發閾值問題可能比此前認為的更加複雜，其它可能的致穩效應（如磁島分界面附近的徑向擴散效應）應該被仔細考慮。