俘获离子激发的高频内扭曲模的研究
在过去的数十年间,中性束注入作为加热方法在托卡马克中得到广泛使用。无论是切向中性束注入还是垂直中性束注入,伴随着高能离子产生的同时能经常观察到鱼骨不稳定性。鱼骨现象和高能束离子的损失相联系,降低了中性束加热的效率。 随着实验上的发现,人们提出很多理论模型来解释鱼骨振荡的机制。对低频鱼骨不稳定性,目前的观点认为鱼骨振荡的机制是内扭曲模与q=1面内的高能离子发生共振相互作用从而被解稳。其共振频率是在垂直注入的情况下接近俘获高能离子的环向进动频率,在切向注入的情况下接近通行粒子的粒子轨道径向漂移频率。除了占主导的低频模,实验观测中还发现了高频模的存在。对于高频模的解释是内扭曲模和由切向注入产生的通行高能离子共振激发出鱼骨不稳定性。其共振频率接近高能高子的循环频率。另外在垂电注入的情况下也发现有类似的高频鱼骨。相关的实验背景,理论研究进展以及本课题研究的意义将在第一章介绍。 但是目前对实验中出现双频鱼骨模的现象还没有相应的理论解释,本文的后半部分我们对俘获高能离子的解稳作用进行了研究。首先在笫二章介介绍了本文所涉及的理论和方法,包括粒子导心轨道理论,稳定性理沦,等离子体的描述方法和线性扰动理论等。第三章在土豆轨道模型上计算了类EAST托卡马克中深俘获高能离子扰动分布函数的非绝热项产生的扰动能量,得到相应的色散关系,从而求出高能离子激发内扭曲模的共振频率。计算结果表明高能离子与内扭曲模发生共振作用能同时激发低频鱼骨和高频鱼骨,其中较低的频率接近高能离子的进动频率,而较高的频率接近高能离子的反弹频率。可见高能离子与内扭曲模发生共振作用能同时激发低频鱼骨和高频鱼骨,其中低频模的频率与L.Chen等人的结论一致,主要是由非绝热动能项的零阶分量引起的。而高频模则是我们在引入非绝热动能项的一阶分量的情况下发现的新的模,解释了在垂直注入产生俘获高能离子的情况下发现高频不稳定现象的原因。另外我们还发现,低频模的临界β值(磁压比)比较低,很容易被激发,所以在实验中经常能观察到低频模;而高频模的临界β值较高,实验中β值偏低时,就观察不到高频模。但是当中心高能离子的β值超过高频模的临界β时,实验中能观察到两种频率的鱼骨。最后在第四章对全文进行了总结。
宏观不稳定性;托卡码克;高能离子;高频内扭曲模
复旦大学
硕士
理论物理
王少杰
2009
中文
O572
47
2012-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）