旋转磁岛对捕获快离子输运影响的研究

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在漂移动理学框架下,研究了旋转磁岛与捕获快离子共振相互作用引起的快离子输运。获得旋转磁岛诱发捕获快离子输运物理机制的理解。目前的研究工作主要集中在通行快离子上,但捕获快离子输运的物理在托卡马克装置中的研究也非常重要。因此建立了旋转磁岛、捕获快离子的反弹运动和进动频率(包括极向进动和螺旋进动)之间共振的回旋轨道香蕉心动理学模型。数值分析捕获快粒子径向输运通量的变化,这对于托卡马克磁约束聚变中快离子的约束和获得稳态运行具有重要的意义。首先,对共振条件进行了研究,对于不同模数的共振获得了共振速度与投掷角之间的关系。研究发现,在相空间中共振速度存在两个共振根,一个只包含低能共振线(<100keV),另一个不仅包含低能共振线,还包含高能共振线(≥100 keV)。在低能区,特别是在捕获通行边界附近磁岛旋转频率起着重要作用。当共振发生在高能区时,进动频率更为重要。因此,磁岛对低能区捕获快离子输运的影响是本文研究的重点。在模型方程中考虑快离子与背景等离子体的慢化碰撞、与磁岛旋转的共振,以及磁岛有限宽度对磁场对称性的破坏,求解了回旋轨道香蕉心动理学方程,获得共振和非共振引起的扰动分布函数。计算快离子扰动分布函数引起的离子输运。最后,分析计算结果。把最终获得的径向输运通量结果分成两部分进行讨论,一种是快离子磁漂移起主要作用引起的输运Γc,另一种是磁岛旋转起主要作用时引起的快离子输运Γc。对于磁漂移产生的输运,在磁岛分界线附近存在不连续性;在磁岛的右侧,Γc的输运比Γb更重要;而在等离子体边界,Γb会引起一个极大的输运振荡,Γc能抑制岛旋转引起的输运,并使捕获快离子朝向等离子体内部输运。在岛的左侧,Γb占主导地位。当岛宽大于某个阈值时,输运通量会发生振荡,此时,Γb远大于Γc。说明磁岛旋转在捕获快粒子输运过程中起重要作用。
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