磁岛对快离子平行电流的影响

发布时间：2020-04-18 15:27

【摘要】：撕裂模是一种磁流体不稳定性,它改变了磁场的拓扑结构,形成了所谓的磁岛。磁岛加强粒子的径向输运,降低托卡马克中等离子体的约束性能。在托卡马克高温等离子体中有许多快粒子,快粒子和等离子体相互作用不仅会驱动出一系列新的等离子体现象,也会对托卡马克中的一些不稳定性起到抑制作用。环向等离子体电流是托卡马克稳态运行的必要条件,中性束注入就是一种非感应电流驱动。磁岛和快粒子对于托卡马克都很重要,所以在磁岛结构下快离子的平行电流问题是值得研究的,而且理解磁岛对快离子平行电流的影响,反过来也有助于分析快离子对新经典撕裂模的作用,从而探索抑制撕裂模的物理机制。我们主要使用数值模拟方法,利用GTC程序对磁岛中通行的快离子的平行电流进行计算,并通过改变通行快离子漂移轨道宽度和磁岛宽度的比值来观察平行电流的变化趋势。通过模拟结果我们看到,磁岛使快离子的平行电流变平。并且通行快离子漂移轨道宽度和磁岛宽度比值越大,变平宽度越小,直至最后消失。我们还发现了由于使用单向运动的快离子高低场区电流变平的区域会偏移磁岛区域,通行快离子漂移轨道宽度和磁岛宽度比值越大,变平位置偏离磁岛区域距离越大。我们又计算了通行快离子的轨道和磁岛重叠率τ2的大小。拟合得到了 τ2对通行快离子轨道宽度△b和磁岛宽度w比值的依赖关系τ2=1/1+△b/w。从结果看到通行快离子轨道宽度和磁岛宽度比值越大,重叠率越小,也就意味着快离子越不容易被磁岛约束。所以τ2可以看做是对通行快离子平行电流展平宽度随△b/w的变化关系的解释,两者的数值大小都是随着△b/w的变大而变小。我们还对电子-正电子等离子体中的线性撕裂模问题进行了研究。我们发现在电子-正电子等离子体中,电子惯性也能引起磁场重联。而且电子惯性和电阻率起主要作用的条件对撕裂模不稳定判据△'有很强的依赖作用。
【图文】：

托卡马克装置,托卡马克

日本的ＪＴ－６０Ｕ、美国的ＤＩＩＩ－Ｄ等。我国的装置有中国科学院等离子体物理所的逡逑ＥＡＳＴ和ＨＴ－７，华中科学技术大学的Ｊ－ＴＥＸＴ，西南核工业物理研究院的ＨＬ２Ｍ。逡逑托卡马克是一种环形等离子体约束系统（如图１．邋２），是２０世纪５０年代由苏逡逑联人发明的。它主要由变压器（铁苍的或空芯的）、极向线圈、产生纵场的线圈逡逑和环形真空等几部分组成。其中变压器是用来产生等离子体电流的，，极向场线圈逡逑用于控制等离子体柱平衡位型。根据托卡马克的构成我们可Ｗ看出它的总磁场就逡逑是环向磁场公，和极向诞场Ａ相互叠的结果。在这种磁场位形中，环向秘场起主导逡逑作用，用于约束等离子体，改善平衡位型的磁流体不稳定性：极向磁场由感应电逡逑流产生。托卡马克和其它环形装置不同么处在于它的极向磁场强度要比纵向磁场逡逑强度小很多倍。这样的结构比例决定了托卡马克的螺旋磁场位形。如果只有环向逡逑磁场，没有极向感应产生的磁场，磁场曲率和梯度产生的力会引起电荷分离，这逡逑种电荷分离产生的ＥｘＢ漂移会导致等离子体整体向外移动，粒子不能被约束在装逡逑置中．逡逑在普通托卡马克中，公ｐ＞＞公０，假设纵横比ｃ邋＝邋ｒ／／？0＜＜ｌ，则环向磁场可Ｗ逡逑表示为逡逑３逡逑

电流密度分布,热速度,平行电流,磁岛

动等方法直接改变新经典撕裂模有理面处的电流密度分布改变撕裂模的线性稳定逡逑性，从而达到抑制撕裂模的效果。所＾＾研巧磁岛对快粒子平行电流的影响是非常逡逑重要和关键的。从Ｐｏｌｉ［４］的研巧中（如图１．７）我们看到轨道宽度也有重要影响。逡逑本文我们主要研巧磁岛对快离子平行电流的影响，并通过改变通行快离子的轨道逡逑宽度和磁岛宽度的比值来观察平行电流的变化趋势。逡逑１２逡逑
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TL631

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