平板模型中流驅(qū)動電阻壁不穩(wěn)定性的研究.pdf

1、等離子體的比壓極限制約著托卡馬克裝置的效率，而先進托卡馬克裝置可以通過在等離子體外加上理想導(dǎo)體殼從本質(zhì)上提高比壓極限，從而提高托卡馬克裝置的效率。但是，理想導(dǎo)體在實際中是不存在的，導(dǎo)體殼中總會帶有有限電阻。導(dǎo)體殼中的有限電導(dǎo)會激發(fā)出新的不穩(wěn)定模式。由于這種不穩(wěn)定模式是由等離子體外的導(dǎo)體殼中有限電阻引起的，有人稱這種導(dǎo)體殼為電阻壁，稱這種不穩(wěn)定模式為電阻壁模式。這種不穩(wěn)定模式可以通過等離子體與電阻壁的相對旋轉(zhuǎn)來穩(wěn)定，但同時會引入一種新的不

2、穩(wěn)定性，稱為流驅(qū)動電阻壁不穩(wěn)定性。這種大尺度磁流體模式的穩(wěn)定對于環(huán)形磁約束等離子體裝置是十分必要的，尤其在ITER裝置上要實現(xiàn)長時間放電，流驅(qū)動電阻壁不穩(wěn)定性是必須面對的問題。 本文在平板模型中分別考慮不可壓縮的理想等離子體和帶有粘滯的等離子體，用簡正模分析法得到其本征方程。從系統(tǒng)的本征方程出發(fā)，研究了流驅(qū)動電阻壁不穩(wěn)定性的性質(zhì)及不同的壁參數(shù)和粘滯系數(shù)對其產(chǎn)生的影響。 第一章，簡述了本課題的研究背景，介紹了磁流體不穩(wěn)定性

3、模式和研究等離子體不穩(wěn)定性的各種方法，著重介紹了電阻壁不穩(wěn)定性的研究概況和研究意義。 第二章，考慮理想等離子體，從理想磁流體方程出發(fā)研究流驅(qū)動電阻壁不穩(wěn)定性，用簡正模分析法給出了系統(tǒng)的本征方程，并用數(shù)值方法求出本征方程的全部解。從本征方程的解得到兩條增長率為零的等值線，其中一條為系統(tǒng)的穩(wěn)定邊界，另一條表示不穩(wěn)定窗的位置；在不穩(wěn)定窗內(nèi)，系統(tǒng)的增長率遠高于不穩(wěn)定區(qū)其他位置的增長率。 第三章，研究了電阻壁的參數(shù)對流驅(qū)動電阻壁不

4、穩(wěn)定性的影響。通過分析發(fā)現(xiàn)，電阻壁位置對系統(tǒng)的穩(wěn)定邊界沒有明顯影響，但從不穩(wěn)定窗的位置得到當電阻壁放置在足夠靠近等離子體的區(qū)域時，系統(tǒng)增長率較小，不穩(wěn)定性增長更為緩慢；隨等離子體平衡流速的增大系統(tǒng)越不穩(wěn)定，但可以通過改變電阻壁的位置使電阻壁不穩(wěn)定性得到一定的抑制；電阻壁主要用于穩(wěn)定長波擾動，因此對于流驅(qū)動電阻壁不穩(wěn)定性，短波擾動更容易發(fā)展起來；電阻率對系統(tǒng)的穩(wěn)定邊界沒有明顯的影響，但隨著電阻率的增大，電阻壁擴散磁通的能力越強，此時系統(tǒng)不