托卡马克中漂移不稳定性的回旋动理学二维本征模方程

从弗拉索夫方程出发,导出了托卡马克等离子体中漂移不稳定性的回旋动理学二维本征模积分方程组。该方程组保留了离子的动理学效应,包括沿磁场的运动、磁场梯度和曲率漂移以及有限拉莫半径效应。与传统的采用气球模表象得到的一维回旋动理学方程(其只能给出不稳定模沿磁场线的结构)不同,该方程组不仅能给出托卡马克等离子体中漂移不稳定模的径向结构,同时还考虑了由离子的环形性漂移引起的相邻极向模之间的线性耦合,进而得到模的极向结构。该结果为相应的数值模拟研究提供了理论基础。     

托卡马克等离子体环向转动对测地声模的影响

采用回旋动理学方程推导得到了环向转动托卡马克等离子体中测地声模的色散关系,分析了环向转动对测地声模、低频模和声波分支的频率以及无碰撞阻尼率的影响。结果表明,测地声模的频率会随着环向转动马赫数而逐渐增大,而其无碰撞阻尼率则会随着环向转动马赫数而迅速减小。此外,低频模和声波分支的频率以及无碰撞阻尼率都会随着环向转动马赫数而逐渐减小,其中环向转动对声波分支的频率以及无碰撞阻尼率的影响非常小,基本上可以忽略。     

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采用回旋动理学方程推导得到了环向转动托卡马克等离子体中测地声模的色散关系,分析了环向转动对测地声模、低频模和声波分支的频率以及无碰撞阻尼率的影响.结果表明,测地声模的频率会随着环向转动马赫数而逐渐增大,而其无碰撞阻尼率则会随着环向转动马赫数而迅速减小.此外,低频模和声波分支的频率以及无碰撞阻尼率都会随着环向转动马赫数而逐渐减小,其中环向转动对声波分支的频率以及无碰撞阻尼率的影响非常小,基本上可以忽略.     

磁场剪切对离子温度梯度模带状流产生的影响

对离子温度梯度模湍流非线性流体方程进行了解耦处理,得到包含磁场剪切效应的带状流与漂移波相互作用的非线性动力学方程.采用调制不稳定性的四波相互作用模型,研究了磁场剪切对带状流产生的影响.研究表明,在k_//值较小的范围内,当|k_//|增加时,带状流的增长率也呈增加的趋势. 关键词： 托卡马克等离子体 离子温度梯度模湍流 带状流 磁场剪切     

托卡马克等离子体中动力剪切阿尔芬波不稳定性的数值研究

在托卡马克等离子体中，由于极向对称被破坏，剪切阿尔芬波（sAw）连续谱有间断特征。在低频情形，当｜ω｜〈〈｜ωA｜=νA/qR时，已经证明有限离子温度梯度使SAW连续谱变得不稳定。这里，νA是阿尔芬波速度，q和R分别表示安全因子和通量面大半径。最近，用多尺度渐进技术又证明，由于托卡马克等离子体中有限离子拉摩半径和漂移轨道宽度的影响，在不稳定剪切阿尔芬连续谱中可能存在离散模对理想磁流体动力学（MHD）不稳定是稳定的。     

电子回旋波驱动的托卡马克芯部等离子体极向旋转

提出了一个驱动托卡马克芯部等离子体极向旋转的新途径：用电子回旋波产生芯部等离子体极向旋转.物理机制如下：在高功率的电子回旋波加热的托卡马克等离子体中，共振局域化现象将产生极向电场从而形成极向外高内低的离子密度分布；这个极向离子的积累可以克服来自磁泵的阻尼而使等离子体极向旋转退稳定.从流体力学方程和漂移动力学方程中，得到了等离子体旋转退稳的判别式.结果表明现有的电子回旋波加热功率水平可以驱动芯部等离子体的极向旋转. 关键词：     

压强梯度对托卡马克等离子体有理面上由磁场曲率驱动的漂移模的稳定效应

在流体模型内，我们导出了一个托卡马克等离子体内环形漂移模的色散关系，该色散关系包含了离子压强梯度、磁场梯度与曲率。一方面，磁场梯度与曲率驱动有理面上的不稳定性。另一方面，压强梯度使这些不稳定性稳定。通过解析和数值两种方法，我们获得了把不稳定性增长率压缩到零的临界压强梯度阈值。     

托卡马克无碰撞捕获电子模在时空表象中的群速度

按照章等[Zhang Y Z, Liu Z Y, Mahajan S M, Xie T, Liu J 2017 Phys. Plasmas 24 122304]发展的漂移波-带状流理论,将多重尺度导数展开法应用到电子漂移动理学方程,零级为描述微观尺度捕获电子模的线性本征模方程,一级为介观尺度受带状流调制的捕获电子模的包络方程.其中线性本征模方程已经在谢等[Xie T, Zhang Y Z, Mahajan S M, Wu F, He Hongda, Liu Z Y 2019 Phys. Plasmas 26 022503]的研究中被求解,利用该文得到的捕获电子模的本征值和二维模式结构计算包络方程中的群速度.径向群速度由托卡马克磁场的测地曲率贡献,极向群速度来自逆磁漂移速度和法向曲率,它们仅是极向角的函数,后者给出极向角到时间的映射.径向群速度作为时间的函数,其周期在毫秒量级,具有快速过零的特征.这为研究捕获电子模驱动带状流提供了充实的理论基础.     

高能俘获粒子对内扭曲模的稳定效应

用Greene,Johnson和Weimer的方法重新推导了各向异性托卡马克等离子体中的Grad-Shafranov平衡方程。从广义能量原理分析了各向异性高能粒子分量对托卡马克等离子体内扭曲模的稳定作用,并以能量慢化分布和压力随方位角变化基本呈方形的两种高能粒子分布为例仔细计算了此作用,找出了迴转点在强场一侧的高能俘获粒子对托卡马克等离子体内扭曲模的稳定窗口,并深入讨论了它与各物理参数的依赖关系。 关键词：     

高β等离子体中低混杂漂移不稳定性

本文对高β等离子体中槽纹模低杂漂移不稳定性从迴旋动力论出发作了较系统的研究,考虑了密度梯度、电子的温度梯度以及磁场梯度漂移的共振效应,解析结果与数值计算取得了完全一致的结论。发现,当温度梯度方向与密度梯度方向相反时,与温度梯度有关的电子的磁漂移共振起不稳定作用,使模的增长率比温度均匀时明显增大;而当方向相同时,温度梯度效应加强电子磁漂移共振的稳定作用,减少模的增长率。在两种情形中随着β值的增大,模的增长率都会减小,而且最大增长率向长波方向移动。电子温度各向异性对模的性质没有影响。 关键词：     

环流器等离子体高n气球模的第二稳定区

本文讨论了圆截面高比压等离子体关于高n气球模的稳定性,在高比压情况下,相应的极向磁场对气球模有相当强的驱动作用,从而严重影响了第二稳定区的结构,我们详细计算了不同剪切、不同压强梯度及不同极向场参数对气球模本征函数和本征频率的影响,这些结果比较完善地反映了圆截面环流器中理想磁流体气球模理论所预示的主要结论。 关键词：     

脉冲放电产生螺旋流注的等离子体特性研究

通过脉冲放电方式产生三维螺旋形的等离子体放电通道,在高速摄像机拍摄下观察到放电通道中的发光电离体以流注形式沿螺旋轨迹快速传播.建立电磁模型解释螺旋放电的形成机制,对造成对称性破缺及影响其手性性质的极向电场进行分析.研究表明,螺旋放电产生的放电通道存在两种不同的手性特征,而脉冲重复频率等放电参数及边界条件对螺旋流注的传播特性存在影响.脉冲电源驱动的电磁场在介质管内所形成的波模是极向电场形成的一个重要来源,当极向电场与轴向电场强度相近时则形成螺旋流注放电.     

TOKAMAK BALLOONING MODE STUDIES-(I)

In this paper, the first part deals with the structure of the second stability regime of the ideal MHD ballooning modes in circular tokamaks. It is shown that in high-beta regime,the poloidal magnetic field destabilizes strongly the plasma and can eventually lead to the appearance of a new instability regime at modest beta-value for a flat q-profile. In the second part, th a various kinetic effects on ballooning modes or high-beta tokamaks are calculated. Results show that a new weak ballooning mode branch can exist in the second MHD stability regime in addition to the MHD-like strony ballooning mode branch in the first instability regime with its growth rate decreased by kinetic stabilizations.     

Magnetic Field Effects on Spacetime Around?a?Magnetized Spherical Star

We investigate the effects of magnetic field on the background spacetime of a spherically symmetric relativistic star. Using the general relativistic Maxwell equations coupled to the Einstein field equations for the gravitational field, it is shown that not only the backreaction of the spacetime modifies the magnetic field of the star, but also the magnetic field of the star molds the spacetime in its vicinity. The part played by the poloidal as well as the toroidal components of the magnetic field on the exterior spacetime are investigated.     

含第二稳定区的环流器微观气球模分析

本文导出了可用于研究含第二稳定区的环流器微观气球模的本征方程,其中保留了各种最重要的动力效应。对圆截面环流器,相应的本征方程中保留了对第二稳定区中模的特性有重大影响的磁面位移效应及极向场曲率效应。采用数值打靶法求解本征方程,详细分析了各种位形参数对模的结构及稳定性的影响。与理想磁流体理论结果对比,发现在第二稳定区参数范围内,存在一类新的弱不稳定模式。此外,在各种参数范围内都存在临界稳定模式。详细考察了这些模式的存在形式及结构,以及剪切和极向场参数对它们的影响。 关键词：     

Sheared poloidal flow driven by mode conversion in tokamak plasmas

A two-dimensional integral full-wave model is used to calculate poloidal forces driven by mode conversion in tokamak plasmas. In the presence of a poloidal magnetic field, mode conversion near the ion-ion hybrid resonance is dominated by a transition from the fast magnetosonic wave to the slow ion cyclotron wave. The poloidal field generates strong variations in the parallel wave spectrum that cause wave damping in a narrow layer near the mode conversion surface. The resulting poloidal forces in this layer drive sheared poloidal flows comparable to those in direct launch ion Bernstein wave experiments.     

Magnetogravitational instability of a rotating homogeneous gas cloud with radiation

Magnetogravitational instability of an infinite, homogeneous rotating hot plasma cloud associated with radiative processes has been studied with the help of relevant MHD equations using normal mode analysis. Rotation is taken parallel and perpendicular to the magnetic field for both, the longitudinal and transverse modes of propagation. The Jeans espression of instability is modified to give the stabilizing effect of radiation pressure. The stabilizing effect of magnetic field is observed only for transverse mode of propagation whereas rotation stabilizes only along the magnetic field for transverse mode. The stabilizing effect of rotation is comparatively more effective.D. S. Vaghela gratefully acknowledges the financial assistance for his minor research project given by University Grants Commission of India.     

Multiple polarization of geodesic curvature induced modes

Dispersion relations for geodesic acoustic modes are derived by using the Grad hydrodynamic equations thereby reconciling long known but not previously explained discrepancy between the results of kinetic and fluid calculations. Extended fluid theory allows a simple analysis of mode polarization and coupling. A new type of electromagnetic modes induced by geodesic compressibility is predicted. These modes are related to Alfvén and geodesic acoustic modes. While a standard geodesic acoustic mode involves poloidally and toroidally symmetric perturbations of electrostatic potential (m=n=0) and the first poloidal side-bands of plasma pressure, new modes involve side-bands of the electrostatic and vector potential as well as pressure perturbations at zeroth and second harmonics. It is shown that there exist two different values of the adiabatic constant depending on the mode polarization. Both standard (electrostatic) geodesic acoustic modes and new electromagnetic modes involve finite perturbations of parallel viscosity, which modify an effective adiabatic (compressibility) index for a toroidal plasma.     

反常电子粘滞性引起的线性双撕裂模研究

用圆柱位形的磁流体动力学方程对由反常电子粘滞性引起的双撕裂模的线性行为做了数值研究.分析了两个有理面的间距、粘滞率大小和极向模数对双撕裂模模式结构的影响,给出了各种情况下双撕裂模线性增长率跟表征反常电子粘滞率大小的电子雷诺数的定标关系.     

等离子体填充盘荷波导高频特性分析

从麦克斯韦方程和流体理论出发，推导了填充磁化等离子体慢波结构的基本方程.在大磁场情况下，对等离子体填充盘荷波导的色散特性和耦合阻抗作了研究，结果表明填充等离子体使色散曲线上移，耦合阻抗提高.等离子体填充产生出模式谱非常丰富的周期性低频等离子体模式(TG模式).当等离子体密度增加到一定程度后，场模TM₀₁模的频率范围和TG₀₁模的频率范围相近，两个模式互相耦合产生出新的混合模G₁,G₂.如果相对论行波管工作在混合模上，将会产生新的工作机理. 关键词： 盘荷波导 等离子体填充 色散特性 相对论行波管