中国首台准环对称仿星器中离子温度梯度模的模拟研究

中国首台准环对称仿星器(CFQS)是目前世界上唯一在建的准环对称仿星器.本文利用回旋弗拉索夫代码GKV开展了CFQS中离子温度梯度模(ITG)的模拟研究.在静电绝热条件下,模拟的结果给出了CFQS中纯的ITG与密度梯度和温度梯度间的依赖关系.ITG的激发存在温度梯度阈值,此温度梯度阈值受到密度梯度的影响.ITG的增长率不仅与密度梯度的绝对值相关,还取决于密度梯度的正负,负密度梯度对ITG具有强的抑制作用.非绝热的模拟结果表明,捕获电子对ITG具有去稳作用,电子温度梯度也对ITG具有去稳作用.当考虑电磁条件时,有限的等离子体比压会抑制ITG,导致ITG向阿尔芬离子温度梯度模/动理学气球模(AITG/KBM)的转化.当密度和温度梯度都较大时,KBM的最大增长率与密度梯度和温度梯度近似成线性关系.

CFQS准环对称仿星器低β等离子体中三维磁岛的抑制机制

环形磁约束等离子体中产生的磁岛因为磁场的旋转变换而具有三维螺旋结构,特别是仿星器位形下平衡磁面就呈三维螺旋性质.因此,仿星器磁岛形成及其不稳定性是环形磁约束三维物理的典型问题,也是仿星器物理研究的重点课题之一.早期研究表明,非感应电流驱动(如电子回旋电流驱动(ECCD))所产生的环向电流对磁岛具有一定的抑制/控制作用.为弄清中国首台准环对称仿星器CFQS低参数运行模式下三维磁岛物理,本文聚焦在低比压(β)等离子体,忽略自举电流并通过调控环向场线圈电流以产生旋转变换(ι/2π)为0.4的有理面,利用HINT代码模拟研究低比压等离子体中环向电流驱动对m/n=5/2磁岛的影响,m为极向模数,n为环向模数.研究表明,在常数电流情况下,当电流方向为正/负方向时,电流对磁岛具有较强的激发/抑制作用.当负方向的电流大于6 kA时,磁岛将被完全被抑制,主要原因是环向电流驱动通过改变旋转变换剖面,使其避开ι/2π=0.4的有理面,导致m/n=5/2三维磁岛不满足共振激发条件,最终磁岛的增长被抑制.而在局域电流分布情况下,磁岛的抑制主要是ι/2π=0.4有理面处磁剪切的改变所导致的.此外,本文对电流幅度、宽度以及峰值位置等参数对磁岛的影响给予了深入探讨.

仿星器（实验）

仿星器是吸引人的环形约束方案，因为它们是固有的稳态装置，很可能会产生更加优良的等离子体，而且没有与环形等离子体电流突然破裂相关的严重机械应力的危险，原则上，可以调节仿星器磁场的特性以适合聚变堆的需要，不过要以放弃环形对称性为代价，实验研究集中在不同仿星器场的等离子体约束特性上，并研究外推到堆参数时所出现的问题。