超电阻对撕裂模不稳定性的影响

发布时间：2020-05-06 18:42

【摘要】：在能源问题越来越严重的的今天,可控核聚变因燃料储存量巨大、安全清洁等特点,成为人类理想的未来能源。在各种装置位形中,以托卡马克为代表的磁约束装置被认为最有可能的一种。在托卡马克中,撕裂模不稳定性由于能改变磁场拓扑结构形成磁岛,改变粒子和能量约束,并可能导致大破裂和托卡马克稳态运行的崩塌,被认为是最危险的一种不稳定性机制。而撕裂模不稳定性的发展,又受到诸如宏观磁流体不稳定性等各种物理机制的综合影响。对于撕裂模不稳定性的线性阶段,FKR理论已经有了较为完善的研究;而在非线性阶段,Rutherford方法由于使用了流量平均算符,会消去对流项,导致电流密度的准线性修正丢失。因此本文在处理撕裂模不稳定性的非线性阶段时,将使用准线性方法来分析其演化过程。首先,本文采用平板位形下的约化磁流体(RMHD)方程组,研究了超电阻(也称为反常电子黏滞)效应对撕裂模不稳定线性阶段的影响。得到了新的线性撕裂模增长率γ～ηH/3,与电阻撕裂模的线性增长率γ～η3/5相比,由超电阻导致的撕裂模增长率对系数有更小的依赖程度。然后,本文采用准线性方法,对包含超电阻效应的撕裂模不稳定非线性进行了理论研究。利用低beta和大纵横比近似下的约化磁流体方程组,根据边界层理论,建立了同时包含超电阻和等离子体电阻的非线性撕裂模演化方程,并在两种极限情况下,分别得到了不同的非线性演化方程。其中,当等离子体电阻很小可以忽略时,磁通ψ1随t2/3增长,即相比于只有等离子体电阻的情况φ1～t2,只有超电阻效应时非线性撕裂模增长更缓慢。最后,对同时包含两种效应的情况进行了分析,得到了撕裂模的非线性时间演化方程。最后,本文还研究了超电阻以及平衡剪切流共同存在时,对撕裂模不稳定性线性阶段的影响。在忽略电阻项的情况下,增长率为γ～ηH2/5,相比于无剪切流的结果有γ0～ηH1/3γ,说明剪切流的引入使得线性增长率增大。
【图文】：

方向图,托卡马克装置,几何特征,原理

图 1.1 托卡马克装置原理（左）及几何特征方向（右）目前尚在运行的托克马克装置有：美国的 DIII-D，欧洲的 JET，德国的ASDEX-U，日本的 JT-60U，韩国的 K-STAR，中国的 EAST 和 HL-2A 等。为了进一步加强国际间的合作，美国、欧盟、中国、日本、俄罗斯、印度以及韩国七方于 2006 年正式签订协议，开始了国际热核聚变试验堆（InternationalThermonuclear Experimental Reactor，简称 ITER）计划[2]。

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【参考文献】