低頻阿爾芬波非共振加熱等離子體的粒子模擬.pdf

1、阿爾芬波與帶電粒子的相互作用無(wú)論在可控核聚變等離子體物理還是空間等離子體物理中都是非常重要的研究課題。一般認(rèn)為在低?等離子體中，低頻阿爾芬波與帶電粒子的非共振作用產(chǎn)生的效果非常小，但考慮高階非線性效應(yīng)后上述結(jié)論將會(huì)有所變化，低頻阿爾芬波對(duì)處于其中的帶電粒子的影響是不可以忽略的。
　　本文采用粒子模擬的方法對(duì)低等離子體中低頻阿爾芬波的非共振加熱過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬。單粒子模型中的模擬結(jié)果表明：當(dāng)阿爾芬波頻率遠(yuǎn)低于離子回旋頻率時(shí)，共振條件

2、不滿足，低頻阿爾芬波通過(guò)非共振相互作用加熱等離子體；非共振加熱過(guò)程中，離子在垂直和平行于背景磁場(chǎng)的方向都得到了明顯加熱，且垂直方向加熱效果更加顯著，形成溫度的各向異性；當(dāng)考慮兩支不同初相位的低頻阿爾芬波的非共振加熱時(shí)，發(fā)現(xiàn)波的相位差對(duì)加熱效果有一定的影響，波的加熱效果隨相位差呈周期性變化，并且當(dāng)波的頻率比增加到2倍時(shí)這種影響可以被忽略；非共振加熱到一定階段后，只要阿爾芬波振幅滿足隨機(jī)加熱的閾值，非共振加熱會(huì)在相空間發(fā)生重疊，使離子運(yùn)動(dòng)出

3、現(xiàn)混沌現(xiàn)象，產(chǎn)生隨機(jī)加熱，且加熱的最終效果只與外加磁場(chǎng)能量密度跟等離子體密度的比值有關(guān)，與阿爾芬波頻率及振幅無(wú)關(guān)。另一方面，在三維自洽場(chǎng)中建立了低頻阿爾芬波非共振加熱等離子體的物理模型，利用時(shí)域有限差分原理對(duì)粒子模擬中的電磁場(chǎng)求解進(jìn)行嚴(yán)格推導(dǎo)，并給出了具體的粒子模擬程序流程。自洽場(chǎng)中的粒子模擬結(jié)果表明：自洽場(chǎng)對(duì)阿爾芬波的電磁場(chǎng)有一定的屏蔽作用，降低了加熱過(guò)程中的溫度各向異性，且在平行方向粒子的加速效果消失，但總的加熱效果并未受到影響，低