托卡马克等离子体中TEM模和ITG模的研究

发布时间：2020-08-11 13:53

【摘要】：等离子体的反常输运和微观不稳定性研究一直是磁约束聚变研究中重要的课题。普遍认为,微观的漂移波模,像捕获电子模(TEM)和离子温度梯度模(ITG)等,是引起等离子体反常输运的重要原因。因此,如何抑制这些微观漂移波模,对于提高等离子体的约束性能有重要的意义。本文基于回旋动理学的积分本征方程,对托卡马克中的TEM模和ITG模进行了深入研究。首先详细研究了在短波长的TEM (SWTEM)模和短波长的ITG (SWITG)模的基本性质。结果表明,TEM模和ITG模的kθρs只谱具有两个峰值。捕获电子份额越大时,TEM模和ITG模有更宽的kθρs谱。对温度梯度、环效应,磁剪切等参数进行讨论表明：SWTEM模沿着电子的抗磁漂移方向传播,而且对于模的激发捕获电子温度梯度存在阈值；离子温度梯度对SWTEM模有强的稳定效应；在环效应εn0.1的区域或磁剪切s0.5的区域,SWTEM模会被抑制；存在更大份额的捕获电子时,SWTEM模和SWITG模表现更大的不稳定性。然后,单独研究了杂质模的基本性质。杂质模驱动的等离子体不稳定性通常随杂质离子的质量和电荷数增大而增大,但也有反常的情况,质量很大的杂质离子可能导致更小的不稳定性。杂质模的激发必须使杂质离子浓度超过一定的阈值,且杂质离子越轻,电荷数越低,阈值越大。更强或更弱的磁剪切效应都有利于抑制杂质模的不稳定性。最后,由于杂质模和TEM模绝大部分是存在于等离子体边缘区域,研究了杂质模和TEM模的共存问题。结果表明：在电子密度分布的特征长度与杂质密度分布的特征长度的比值Lez取越大的负值、杂质离子的浓度fz越大、主要离子温度梯度ηi越大、捕获电子温度梯度ηe越小、环效应εn越小等情况下,杂质模比TEM模更加危险。两支模关于磁剪切s表现出相同的性质,较强的磁剪切s3.0基本抑制了模的激发。这些结果对于理解等离子体的反常输运提供有价值的参考,且为更精确分析输运实验数据提供重要依据。
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TL631.24;O53

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