托卡馬克中電阻撕裂模不穩(wěn)定性的數(shù)值模擬.pdf

1、受控?zé)岷司圩兪且环N解決能源危機與環(huán)境問題的理想選擇。托卡馬克作為一種目前實現(xiàn)可控核聚變最可行的磁約束聚變裝置之一而受到廣泛的研究。撕裂模不穩(wěn)定性無論在空間等離子體中還是實驗室等離子體中都是一種非常重要的基本物理過程。在托卡馬克等磁約束聚變裝置中，撕裂模的發(fā)展往往會破壞磁面、增強輸運、使等離子體約束退化甚至導(dǎo)致破裂。因此研究撕裂模的物理性質(zhì)，探索穩(wěn)定或控制它的手段具有非常重要的意義。
　　基于磁流體模型，我們開發(fā)了一個三維環(huán)形的磁流

2、體代碼CLT，用于模擬研究環(huán)形裝置中宏觀磁流體不穩(wěn)定性及等離子體的演化。使用這個代碼，本文著重對托卡馬克中等離子體環(huán)向旋轉(zhuǎn)以及驅(qū)動電流對電阻撕裂模不穩(wěn)定性(m/n=2/1)的影響進(jìn)行了研究。
　　關(guān)于平衡的環(huán)向等離子體旋轉(zhuǎn)對撕裂模的影響，我們發(fā)現(xiàn)，不管這個旋轉(zhuǎn)有沒有剪切，它都可以抑制撕裂模的線性增長，且旋轉(zhuǎn)越快，對撕裂模的穩(wěn)定作用越強。經(jīng)過分析，我們得知，旋轉(zhuǎn)的這種穩(wěn)定作用主要來自于由環(huán)幾何引入的Coriolis效應(yīng)。而對于低粘滯

3、的等離子體（τR/τv＜1，τR和τV分別是電阻擴散時間和粘滯擴散時間），旋轉(zhuǎn)剪切的存在反而會在等離子旋轉(zhuǎn)較強時，減弱旋轉(zhuǎn)本身這種的穩(wěn)定作用;對于高粘滯（τR/τV＞＞1）的等離子體，旋轉(zhuǎn)剪切與粘滯效應(yīng)的協(xié)同作用則是對撕裂模是“致穩(wěn)”的。
　　關(guān)于外加的驅(qū)動電流對撕裂模的影響，我們首先考慮在未擾動的有理磁面附近(q=2)施加一個環(huán)向與極向均勻而徑向呈高斯分布的驅(qū)動電流。模擬結(jié)果顯示，合適的這種驅(qū)動電流可以局部地改變等離子體平衡的電

4、流分布與安全因子q分布，使之對撕裂模線性更穩(wěn)定。這種穩(wěn)定作用可以隨著驅(qū)動電流強度的增強或驅(qū)動電流寬度的減小而增強。但過強的驅(qū)動電流也可能會使有理面附近的磁剪切反轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動其他不穩(wěn)定性如“三撕裂?！?triple tearing modes)。當(dāng)驅(qū)動電流密度的峰值偏離平衡的有理面時，驅(qū)動電流對撕裂模的穩(wěn)定作用可以忽略甚至起反作用。
　　我們也初步研究了隨磁島O點螺旋分布的驅(qū)動電流的影響，發(fā)現(xiàn)這種驅(qū)動電流只需很小的強度就可以很好地抑