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本文求解出Grad—Shafranov—Helmholtz方程在矩形截面下的严格的解析解,进而给出矩形截面下任意区域中的归一化总电流以及β值的体积平均值。这个严格的解析解可以描述通常的单磁轴和嵌套磁面结构的平衡位形,也可以描述多磁轴及围绕不同磁轴的轴对称磁岛结构的电流反向平衡位形。模拟的结果表明电流密度的反向和轴对称的磁岛结构以及压力梯度的反向是相关的,这与在圆形截面和大纵横比近似下的解析解的结果是一致的,而这里所求得的严格的解析解在任意的纵横比下都是适用的。我们还给出了感应驱动和无力位形中相关参数物理解释的详细推导过程。
根据1984年的托卡马克交流放电实验结果和CT-6B上的交流放电实验结果,用Grad—Shafranov-Helmholtz方程在矩形截面下的严格的解析解对于中心区域电流反向的平衡位形和内外两侧电流反向的平衡位形进行数值模拟,模拟的结果包括平衡位形、电流密度剖面、压力剖面、环电压以及总电流等,都分别与实验数据吻合的很好。