托卡马克二维局部模的第三类气球理论

采用二维气球表象,在已有第一类和第二类气球理论的基础上,构造了第三类气球理论。与第一类气球理论相比,扩展了后者因受可解性条件限制的适用范围;与第二类气球理论相比,因容纳了"坏曲率"效应而获得具有更高增长率的解,故与采用初值数值模拟方法所得的结果更具可比性。本文以流体型离子温度梯度模为例,用第三类气球理论求解了二维本征值问题,计算了所选剖面参数下的本征频率和模式结构,并与前两种理论所得的结果进行了比较和讨论;也讨论了该理论对实现托卡马克高约束的意义。

测地声模的径向“蝌蚪”定域化结构

从Braginskii冷离子流体模型出发,利用准环坐标系,导出了轴对称(环向模数为零的)扰动密度和扰动电位所服从的两个二维线性偏微分本征波方程。采用WKB法及Langer变换,解出了测地声模过转向点一致有效的整体模结构和分立本征频率谱;论述了不存在连续谱解的原因;指出Schrdinger意义下的径向高激发态对应了近零频模;论证了与测地声模定级分析的自洽性将导致"蝌蚪"定域化;并讨论了"蝌蚪"定域化理论与实验上所观察到的"多个测地声模共存"现象之间的关係。

捕获电子对低杂波与电子回旋波的协同效应的影响

电子回旋波和低杂波的协同效应可有效地提高两只波的电流驱动效率.本文数值研究了捕获电子效应对电子回旋波和低杂波协同的影响.结果显示,随着捕获角的增大,双波协同驱动电流会减小,且协同因子也会明显减小,即捕获角对两只波协同驱动流的影响要比其对单独驱动电流的影响更加敏感.通过加宽低杂波共振区可减弱电子回旋波电流驱动对捕获角的依赖,同时发现随着电子回旋波功率的增加,捕获角对电子回旋波电流驱动的影响也会变小.

测地声模的径向随机定域化

在文献[1]中,通过分析实验上观察到的测地声模的小密度-电位比与测地声模谐波定级的自洽性,论证了测地声模是在转向点附近一种"蝌蚪状"的定域结构,但没有给出导致这种结构的物理机制。从随机媒质对波传播产生定域化的角度进行了探讨,采用测地声模由漂移波湍流参量激发的产生模型,计算了随机定域化导致的也是文献[1]所关注的相干长度。讨论了与实验观测比较的有关问题。

托卡马克无碰撞捕获电子模在时空表象中的群速度

按照章等[Zhang Y Z, Liu Z Y, Mahajan S M, Xie T, Liu J 2017 Phys. Plasmas 24 122304]发展的漂移波-带状流理论,将多重尺度导数展开法应用到电子漂移动理学方程,零级为描述微观尺度捕获电子模的线性本征模方程,一级为介观尺度受带状流调制的捕获电子模的包络方程.其中线性本征模方程已经在谢等[Xie T, Zhang Y Z, Mahajan S M, Wu F, He Hongda, Liu Z Y 2019 Phys. Plasmas 26 022503]的研究中被求解,利用该文得到的捕获电子模的本征值和二维模式结构计算包络方程中的群速度.径向群速度由托卡马克磁场的测地曲率贡献,极向群速度来自逆磁漂移速度和法向曲率,它们仅是极向角的函数,后者给出极向角到时间的映射.径向群速度作为时间的函数,其周期在毫秒量级,具有快速过零的特征.这为研究捕获电子模驱动带状流提供了充实的理论基础.

轴对称环状静电模的漂移波湍流参量激发理论研究

本文所论述的轴对称环状静电模是指环形磁约束等离子体(如托卡马克)中环向模数为零的近理想静电流体模,它包含有测地声模和基频率与之较低的声模;也含有所谓的‘近零频带状流’.本文根据冷离子流体模型在圆形磁面构成的准环坐标系中的表示,对涉及以上三种模式的漂移波湍流参量激发理论,在一级环形效应近似下,进行了系统讨论,并证明了带状流的四个新命题.利用对漂移波能谱的参数化描写,注意到由漂移波能谱径向有限宽度所引发的特性,如波能传播量的双Landau奇点,揭示了有限宽度对径向δ谱所得结果的重要修正:如,对近零频带状流和测地声模的参量激发条件带来的严格限制.此外,还讨论了密度带状流在高q条件下被激发的可能性.本文选用合理的物理参数.采用图示方法详细地讨论了有关的数值结果.分析表明,测地声模和近零频带状流的参量激发不可能发生在同一小半径处;如果测地声模被参量激发,也应能观察到密度带状流.