共振磁扰动作用下电阻撕裂模及响应的理论计算研究
[Abstract]:In this paper, the resonance magnetic disturbance (Resonant Magnetic Perturbation.) is discussed from the point of view of theoretical analysis and numerical simulation. That is, the effect of RMP on the rotational plasma under the condition of tearing mode instability and the static plasma under the stable condition of the tearing mode. Firstly, we prove theoretically that both the mode locking phenomenon induced by the resonance magnetic disturbance and the magnetic island pressing phenomenon can be described by the error field model. The locked mode is regarded as a stationary state of the disturbed field acting on the unstable rotational plasma of the tearing mode and the corresponding analytical solution is obtained. The analytical solution characterizes the relationship between the width and phase of the mode-locked magnetic island and the amplitude of RMP in different plasma regions. The new analytical solution has at least two branches in which the magnetic island width of the mode-locked mode is less than its natural saturation width and the branch is always unstable. In addition, due to the frequency modulation effect of the disturbance field on the rotational magnetic island, the plasma can also have a steady state, oscillating magnetic island suppression solution. In general, when the amplitude of the disturbance field is less than a certain threshold, the magnetic island is suppressed by the disturbance field stably in the sense of time average, and when the amplitude of the disturbance field is larger than the threshold, the suppression of the magnetic island is transient behavior. The tearing mode that eventually rotates will evolve to the locking mode. Secondly, the physical mechanism of the interval between the mode-locking threshold and the unlocking threshold is discussed from the point of view of theoretical analysis and numerical simulation, and the mode-locking threshold and the unlocking threshold are obtained by using self-developed programs. We analytically obtain a new unlocking threshold calibration rate and extend the criterion of phase jump instability. In a given plasma region, when the RMP amplitude is greater than the unlocking threshold, the RMP amplitude is divided into two different regions. In the first region, whether the evolving magnetic island will be locked by RMP depends on its initial condition, and in the second region, the magnetic island with any initial condition is locked by RMP. The minimum RMP amplitude of the second region is called mode-locking threshold. The different properties of these two regions reveal the physical mechanism of the interval between mode-locking threshold and unlocking threshold and the widespread hysteresis phenomenon. Finally, based on the steady-state solution we obtained previously, the theory of the steady nonlinear response of the plasma to the external perturbation field is given in this paper. The theory predicts that the width of the magnetic island is positively correlated with the intensity of the disturbance field, so the nonlinear effect is important only in the amplitude region of the large disturbance field. Then we use the NIMROD program to simulate the plasma response, and the nonlinear simulation results qualitatively verify the above inferences. In addition, the linear simulation results in a single fluid frame show that even a small perturbation field in a static plasma can excite the seed magnetic island and reach a steady state.
【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】:2016
【分类号】:O53
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,本文编号:2254219
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