托卡马克等离子体转动理论研究

发布时间：2020-06-06 05:31

【摘要】：转动是托卡马克等离子体研究中的重要问题,它直接关系到输运并且能够抑制湍流,对于磁约束聚变的实现至关重要。但是目前的实验和理论上都存在诸多没有解释清楚的问题,最为突出的就是‘自发转动’,即等离子体在没有明显动量源的情况下发生转动的现象。这一现象在众多的实验上被观测到,除了少数的定标律以外没有统一的规律,理论上也不能给出合理的解释。因此,有必要对于实验数据进行更加细致的分析,确保人们对于所观测到的实验数据的理解正确,同时也需要对于理论进行重新的认识,尤其需要对于动量输运方程有更加深刻的理解。本文围绕托卡马克等离子体的转动展开了如下几个方面的研究：第一章,我们回顾了托卡马克等离子体研究的概况以及关于等离子体转动已有的结论和存在的问题。第二章,我们回顾了用于研究等离子体的两个常用理论框架,即新经典输运理论和回旋动理学。在这一章中我们还简要介绍了采用这些理论来研究的两个等离子体的具体问题：Onsager对称性和残余平行雷诺协强。其中残余平行雷诺协强被用来解释自发转动的机制。第三章,我们具体研究了在低杂波驱动下等离子体转动的问题。我们将新经典输运理论和反常输运的模型方程相耦合,数值模拟了考虑四种粒子的等离子体在低杂波驱动下的转动以及径向电场,并用以考察实际被测量的示踪杂质离子和主等离子体的转速差别。我们的数值模拟结果显示示踪杂质离子和主等离子体在有低杂波的情况下环向转速差别不大,并且我们的结果和实验测量值合理的一致。第四章,我们利用湍流输运方程,研究了残余平行雷诺协强并且证明了在静电湍流情况下的Onsager对称关系。我们的研究表明,残余雷诺协强由四部分组成,这包括压力梯度项和温度梯度项,湍流加速冲力的相关项以及湍流加热率的相关项。其中最后两项分别为动量空间和能量空间的不均匀性导致的动量再分配,它们也会导致热流中类似的残余项。同时,我们也证明了我们的输运矩阵满足Onsager对称关系。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL631.24

【共引文献】