托卡馬克等離子體中隨機磁場輸運的理論模擬研究.pdf

1、托卡馬克中隨機磁場會導(dǎo)致等離子體的反常輸運，從而降低托卡馬克的約束性能。回旋動理學(xué)數(shù)值模擬是研究湍流輸運很有用的工具，模擬可以給出粒子流和能量流。一般來說這些流包括擴散項和對流項，區(qū)分每一項的貢獻對理解湍流輸運是重要的，但現(xiàn)有的模擬很難區(qū)分這兩種流。利用相空間輸運矩陣計算流的方法可以區(qū)分這兩種流。本文基于李變換擾動方法研究了電磁擾動下的回旋動理學(xué)二階哈密頓量，改進了導(dǎo)心軌道程序GYCAVA;然后基于GYCAVA程序發(fā)展了一個通過積分粒子

2、導(dǎo)心的全軌道數(shù)值計算相空間輸運矩陣的程序。
　　第一個工作中，我們考慮低頻電磁擾動，用兩步李變換方法詳細(xì)計算了回旋動理論的二階哈密頓量，指出長波近似下，磁擾動δA對應(yīng)的回旋動理論二階哈密頓量主要是1/2δA2‖;這是因為回旋中心變換導(dǎo)致的回旋中心坐標(biāo)下的磁矩與導(dǎo)心坐標(biāo)下的磁矩存在差別Δμ，這一差別對應(yīng)的哈密頓量ΔμB0抵消了磁擾動垂直部分的能量1/2δA2⊥，其中B0為平衡磁場?；谠摾碚摚覀儗?dǎo)心軌道程序GYCAVA加以改進，

3、并用來模擬TFTR縱向波紋磁場中高能粒子的導(dǎo)心軌道及其隨機輸運，得到了ripple場中高能粒子隨機輸運的區(qū)域與GWB理論符合。
　　第二個工作中，我們基于改進的導(dǎo)心軌道程序GYCAVA發(fā)展了一個程序，該程序通過積分導(dǎo)心全軌道數(shù)值計算了相空間輸運矩陣。我們用兩個算例來驗證數(shù)值計算輸運矩陣的正確性:一個是計算隨機磁場中無碰撞的電子擴散系數(shù)De與電子平行速度v‖和擾動場幅度｜δA｜的關(guān)系De∝|v‖｜;De∝｜δA｜2;另一個是計算隨機