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

用积分本征模方程研究了在托卡马克等离子体中包含全部动力学效应的动力剪切阿尔芬波模 (无论是否存在温度梯度). 引入了一个新的积分变量，将实平面的积分解析延拓到复平面. 这样可以同时研究增长模和阻尼模. 结果表明，在有离子温度梯度(ITG)的情况下，激发动 力剪切阿尔芬不稳定性所需的等离子体压强梯度比激发理想磁流体动力学气球模不稳定性的 阈值低得多，没有ITG时两者相同. 与动力无碰撞气球模结果不同，当有限ITG存在时，剪切 阿尔芬模存在第二稳定区. 关键词： 动力剪切阿尔芬模 磁流体气球模 阈值压强梯度     

HL-2A 装置中高能量捕获电子鱼骨模不稳定性研究

结合HL-2A 装置的参数,在电子回旋共振加热(ECRH)离(在)轴加热的情况下,研究高能量捕获电子驱动的鱼骨模不稳定性。数值结果表明,高能量电子极向比压β_h 大于某一个比压阈值β_h,crit 时,鱼骨模会被高能量电子激发,其频率随高能量电子极向比压的增大而缓慢增加且与高能量电子的环向进动频率一致;比压阈值β_h,crit 随着高能量电子密度剖面峰化程度的增加而减小,但当密度剖面增大到一定值时比压阈值β_h,crit 趋近于一个常数。此外,还分析了箍缩角和扰动能对鱼骨模实频和增长率的影响。发现在箍缩角α₀ =1附近增长率有一极小值,表明高能量勉强通行电子对鱼骨模具有稳定作用;而扰动能 δWˆ_c增大时,鱼骨模表现出实频变大而增长率变小的特征,这表明了本底等离子体对鱼骨模有一定的稳定效果。     

D��-D���������в����µ���ɢ�����ұ���ģ

采用本征模式的数值打靶方法研究了离散阿尔芬本征模在DⅢ-D高性能运行条件下的物理特性,包括负磁剪切位形、高性能加热、正反中性束注入、内部输运垒以及高自举电流和甚高约束运行状态对这种阿尔芬模式的影响。在DⅢ-D托卡马克装置负磁剪切位形及先进运行状态实验参数下这些离散阿尔芬本征模存在于宽的径向区域,且具有广泛的本征频谱;高性能加热、同向中性束注入以及内部输运垒的存在有利于产生多个较深的气球模驱动势阱,由之得以很好地形成这种阿尔芬束缚态本征模;在高自举电流和甚高约束运行条件下这些离散阿尔芬本征模束缚态能够在更广的径向区域存在,且可具有较高的本征频率。另外,参照DⅢ-D装置放电实验数据的时间演变情况,这些离散阿尔芬本征模能在很宽的运行参数范围内出现,使之成为该类大型托卡马克实验中可能广泛存在的潜在不稳定性。     

0.3 THz TM10, 1, 0模同轴耦合腔链

通过本征方程研究了工作在太赫兹(THz)频段的高次模同轴谐振腔,讨论了TM_{m, 1, 0}模,TM_{m, 2.0}模与TM_{m, 1, 1}模的谐振频率与腔体的几何参数之间的关系,并给出了工作模式的选择依据。在此基础上,提出了一种新型的0.3 THz TM_{10, 1, 0}模同轴耦合腔链,使用等效电路模型和CST-MWS软件对耦合腔链的色散特性、特征阻抗和电场分布等冷腔特性进行了分析和仿真,并着重分析和总结了耦合腔链的几何参数对色散特性和特征阻抗的影响。研究结果表明:对于工作在THz频段的高次模同轴耦合腔链,采用TM_{10, 1, 0}模为工作模式是合理的选择; 工作于2π腔模的0.3 THz TM_{10, 1, 0}模同轴耦合腔链具有较大的特征阻抗,但模式间隔较小,因此可将其应用于窄带太赫兹扩展互作用器件; 增大高次模耦合腔链的耦合槽张角是增大模式间隔的最佳途径。     

HT-7装置软X射线诊断系统及锯齿行为研究

利用HT-7装置上建立的多阵列软X射线诊断系统对等离子体放电中的锯齿不稳定性进行研究,发现锯齿的出现及其行为特点与等离子体电子密度N_e、电子温度T_e、边界安全因子q_α、壁条件等放电参数有密切关系。在低杂波电流驱动等离子体放电条件下,观察到m/n=1/1的中间模振荡出现在锯齿的上升阶段,并迅速发展、饱和、衰减,在锯齿塌陷或先兆振荡出现以前消失。分析和讨论了欧姆加热条件下和低杂波加热条件下的锯齿行为。     

离子动力参数区托卡马克电阻性内扭曲模稳定性分析

利用离子动力参数区的内扭曲模色散关系分析了托卡马克等离子体电阻性内扭曲模的频率和增长率随磁剪切量s₀的变化。我们发现:存在一个临界磁剪切量s_0c,只有当s₀>s_0c时,即中心安全因子q₀小于某个临界值q_0c时,电阻性内扭曲模才能被激发。另一方面,随着磁剪切量s₀的加大,增长率增大的趋势比相应的磁流体电阻性内扭曲模快得多,因而与锯齿的快崩裂有内在的联系。所 关键词：     

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。     

ITER装置中等离子体旋转和反馈控制对电阻壁模影响的数值研究

在托卡马克等离子体中,电阻壁模是非常重要的磁流体不稳定性,特征时间在毫秒量级.对长时间稳态运行下的先进托卡马克,电阻壁模限制着聚变装置的运行参数空间(放电时间和比压),影响经济效益,所以研究电阻壁模稳定性至关重要.本文使用MARS程序,针对ITER装置上9 MA先进运行平衡位形,研究了等离子体旋转和反馈控制对电阻壁模的影响.结果表明,在没有反馈控制时,当比压参数Cβ取0.7,等离子体环向旋转频率达到1.1%的阿尔芬频率时,可以完全稳定电阻壁模;在等离子体环向旋转和反馈控制共同作用时,比压参数Cβ取0.7,反馈增益|G|取0.6时,稳定电阻壁模所需要的等离子体旋转频率为0.2%的阿尔芬频率.可见,单独靠等离子体环向旋转稳定电阻壁模所需的旋转频率较大;而等离子体环向旋转和反馈控制共同作用可以降低稳定电阻壁模的旋转频率临界值,符合先进托卡马克的运行.本文的研究结果对中国聚变工程试验堆CFETR的工程设计和运行具有一定指导意义.     

在一个磁通量子内dc Josephson电流的阶梯效应(Ⅱ)——大尺寸Josephson结

大尺寸的Josephson结放置于Q值足够高的谐振腔中,当其Josephson频率ω=2cV₀/h激励起腔的第r个本征模谐振时,这个振荡将反馈辐照结,必须考虑反馈场本征模的空间部分在结上是不同的。理论上得到了和文献[2]不同的结果,给出了阶跃电流随磁场的变化,分析了腔的反馈场本征模和Josephson结的辐射电磁波空间匹配的条件,解释了为什么大尺寸的Josephson结不存在周期小于φ₀的阶梯效应的物理原因。 关键词：     

环形轴对称等离子体的理想磁流体简正模方程

本文在环形轴对称正文坐标系中对理想磁流体运动方程进行了严格自洽的讨论,通过对压缩量·ξ项的分析,发现在ω~2《K_1~2C_~2及ω~2》K_1~2C_5~2的两种极限情况下,可以仅用两个标函数来描述全域性模的运动。对于托卡马克等离子体,可引入剪切阿尔芬近似,得到由一个标函数描述的本征运动方程,它类似于文献中常用的简化托卡马克方程,但有一些重要不同点。该方程可用于分析计算各种频段的磁流体线性运动(包括扭曲模、阿尔芬波、间隙模等)。     

固定边界条件下Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou短链能量均分性质研究

采用固定边界条件,数值研究了Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou (FPUT)短链的能量均分性质.研究发现,在较强的非线性强度区间内,能量均分时间t_eq与能量密度ε满足t_eq～ε^-4.0的标度关系.在该非线性强度区间内,能量通过相邻本征模之间的共振不停的传输,并最终达到能量均分状态.这说明,即使不存在非平庸的六波共振,只要相邻本征模间的共振可以发生,t_eq～ε^-4.0的标度关系就能出现.随着非线性强度的减小,该标度关系不再成立.此时,能量是通过高频本征模的共振逐渐向低频本征模传输的.     

垂直振动激励下颗粒材料有效质量和耗散功率的研究

研究了垂直振动激发下钨颗粒的动态有效质量(ω) 和耗散功率p(ω)随频率ω 的依赖关系. 实验发现, 在给定的振动幅度下, 自由表面样品有效质量的实数部分M₁ (ω) 、虚数部分M₂ (ω) 以及耗散功率p(ω)随频率的变化曲线均出现一个尖锐的共振峰. 随着在颗粒上表面施加压强的增大, M₁ (ω), M₂ (ω) 和耗散功率p(ω)曲线的峰值频率向高频移动, 且峰值高度也相应增大. 进一步研究发现, 有效质量实数部分的共振频率f_g 随表面压强P的变化满足分段幂律规律, 当P较小时, 幂指数为0.3, 当P较大时, 幂指数减小为1/6. 颗粒系统的品质因子的倒数1/Q随压强P的变化满足指数衰减规律.     

部分相干径向偏振光束传输中相干性研究

根据广义惠更斯理论及相干偏振统一理论, 研究部分相干径向偏振光束在自由空间中传输时, 不同参考点处复相干度随传输距离的变化规律. 研究表明, 部分相干径向偏振光束在自由空间中传输, 不同参考点处, 复相干度模值随距离的变化规律有所差别. 当参考点位于原点时, 随着传输距离增大, μ_xx模值及μ_xy模值分布形式不变, 分布范围增大; 当参考点位于x轴上时, μ_xx模值由单峰值向三峰两谷对称形式演化, μ_xy模值由单侧两峰向四峰四谷对称形式演化, 完成演化所需传输距离与参考点距离x轴中心的远近有关, 参考点距离x轴中心越近, 完成演化所需的传输距离越短; 当参考点位于y轴时, 随着距离增大, μ_xx模值分布形式不变, 分布范围增大, μ_xy模值由上侧两峰向四峰四谷对称形式演化, 演化所需传输距离与参考点距y轴中心远近有关, 参考点距y轴中心越近, 完成演化所需的传输距离越短; 当参考点位于其他位置时(非特殊位置), μ_xx模值及μ_xy 模值分布规律, 遵从各自参考点在x轴, y轴上的分布规律的结合即参考点位于其他位置时, μ_xx模值及μ_xy模值分别随距离变化逐渐演化成三峰结构、四峰结构.     

扇形腔旭日型磁控管结构的理论分析与数字模拟

利用场分析法推导了扇形腔旭日型磁控管的色散关系, 通过CST模拟软件验证了理论推导的正确性, 分析了扇形腔旭日型磁控管的各项结构参数对π 模截止频率和模式分隔度的影响. 研究表明: 色散关系的理论值与模拟值之间的最大相对误差不到3%, π 模截止频率的理论值与模拟值之间的最大相对误差不到1%; π 模截止频率f_πc与阴极半径R_c, 阳极半径R_a, 大腔张角2θ₁成正比关系, 与小腔半径R_d0, 大腔半径R_d1, 小腔张角2θ₀成反比关系, 这一定性结论与同腔型磁控管的定性结论并不完全一致; 在径向比较上, 结构参数对频率的影响由大到小依次为: 阳极半径, 大腔半径, 小腔半径和阴极半径; 在角向比较上, 大腔张角对频率的影响较大, 小腔张角对频率的影响较小; 另外, 模式分隔度γ 与大腔半径R_d1成正比关系, 与阴极半径R_c, 小腔半径R_d0, 小腔张角2θ₀成反比关系, 随阳极半径R_a或大腔张角2θ₁的增大先增大后减小. 关键词： 旭日型磁控管 扇形谐振腔 色散关系 场分析法     

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     

聚变等离子体中高能量粒子驱动的鱼骨模不稳定性研究

在考虑高能量粒子密度的空间分布及箍缩角分布的条件下,建立了研究鱼骨模的色散关系,并作了数值研究。结果表明：当高能量粒子的密度高于某个阈值时,鱼骨模会在高能量粒子密度梯度最大处被激发,其频率与高能量粒子的环向进动频率一致。在高β_h 区间,高能量勉强通行粒子将驱动鱼骨模进入第二稳定区。高能量捕获粒子能激发非共振鱼骨模,与勉强通行粒子激发的鱼骨模类似,在高β_h 区存在第二稳定区。     

圆形高斯镜平凹腔腔内外激光场研究

运用边界元素法把圆形高斯镜平凹腔的自再现模的衍射积分方程转化为有限阶矩阵方程。计算了圆形高斯镜取不同反射率膜斑半径和中心振幅反射率情况下基模的场强分布、相位分布和本征值。研究表明:腔内光场分布半径随反射率膜斑半径的减小而增大,中心振幅反射率不影响光场分布半径;反射率膜斑半径影响远场分布,当其数值较小时,在光束的远场分布主峰周围产生弱衍射环;当高斯镜中心全反射时,远场分布随反射率膜斑半径的变化无明显变化;模式本征值随反射率膜斑半径的增大而增大。     

交流电流对铁基纳米晶丝巨磁阻抗效应形貌的影响

本文研究了交流电流的大小(I ＝0.2—20 mA)和频率(f ＝ 1—1 MHz)对具有横向畴结构的铁基纳米晶丝的巨磁阻抗效应形貌的影响.实验结果表明,样品的巨磁阻抗效应呈双峰特征,随着频率的增大,双峰的位置H=±H_m向高场移动;但随着电流的增大,双峰的位置逐渐向中心(H ＝ 0)收缩,甚至变成单峰位形.理论上一般认为,双峰的位置与横向各向异性场H_k相对应,即H< 关键词： 巨磁阻抗效应 交流电流 铁基纳米晶丝     

四极子微腔的光场分布

应用电磁场理论和介质中的麦克斯韦方程组,推导了任意截面微腔的TM模光场分布。并以四极子状微腔截面为例,推导了含有传播常数的本征方程。用Mathematica软件模拟出具有不同变形因子的基模(m=1)和高阶模的光场分布图,得出基模在=45°,135°,225°,315°四个方向光辐射最强,具有“蝴蝶结模式”特征,并且当变形因子值取ε′为0.1~0.15时,该效应表现得更明显;而高阶模(m≥2)时微腔中没有这种光的定向输出现象,在任何变形因子情况下也不能形成稳定的“蝴蝶结模式”,为四极子微腔激光器的设计和制作提供了一定的理论依据。     

电子温度各向异性对螺旋波等离子体中电磁模式的传播及功率沉积特性的影响

采用考虑粒子温度各向异性热等离子体介电张量模型,借助磁化、均匀密度分布等离子体中电磁波的一般色散关系,在低磁场、低气压螺旋波等离子体典型参量条件下,理论分析了电子温度各向异性对电磁模式传播特性和角向对称模功率沉积的影响.研究结果表明:对于给定的纵向静磁场B₀(或波频率ω),存在一个临界波频率ω_cr(或纵向静磁场B_0,cr),当ω>ω_cr(或B₀0,cr)时,电子回旋谐波遭受的阻尼开始显著增大;相比粒子温度各向同性情形,粒子温度各向异性彻底改变了波的传播特性,即相位常数和衰减常数均出现峰值现象;在考虑电子有限拉莫尔半径效应和电子温度各向异性情形下,Trivelpiece-Gould (TG)波碰撞阻尼在整个电磁波功率沉积中占据主导地位,电子纵向温度T_e,//存在某一临界值,在此临界值处TG波功率沉积出现峰值P_abs,TG,且随着T_e,⊥/T_e,//的减小,...