电子回旋波与快波协同效应的数值研究

在考虑了电子的反弹平均效应及高能电子的相对论效应下,通过数值求解电子的Fokker-Planck方程,研究了托卡马克等离子体中快波与电子回旋波电流驱动问题。采用九点差分法对方程进行离散,应用近似LU因子分解法对方程进行了数值求解。计算结果表明快波与电子回旋波联合电流驱动具有很强的协同效应,在两波联合电流驱动下,驱动电流大于单波电流驱动之和。     

低混杂波电流驱动中原副边回路相互作用

本文用速度空间二维高速电子Ｆｏｋｋｅｒ－Ｐｌａｎｃｋ方程和原、副边回路方程组成的方程组描述托卡马克装置低浊经杂民流驱动宏观参数，研究了低混杂波电流驱动中的电场效应和原、副边回路相互作用应用该程序，初步模拟了ＨＬ－１装置的ＬＨＣＤ实验。     

低杂波电流驱动的数值模拟

通过求解二维FokkerPlanck方程,得到了HT7托卡马克低杂波驱动电流随时间的演化关系及其空间分布,理论值与实验结果基本符合,为HT7托卡马克实验提供了理论依据.通过解电流扩散方程,考虑了快电子的径向扩散效应对驱动电流的影响 关键词： 低杂波电流驱动 数值模拟 径向扩散     

电子的相对论平均场理论与一阶、二阶Rashba效应

用多体平均场意义下电子的Dirac方程讨论了电子自旋动力学及其相关问题. 在大分量Dirac方程的非相对论展开中讨论了电子自旋动力学的高阶效应,并且在二维情形下得到了包括一阶和二阶Rashba效应的电子自旋动力学哈密顿量,求出了相应的包括二阶Rashba效应的哈密顿量的能量和波函数的本征值解,由此讨论了二阶Rashba效应修正的物理含义和大小. 关键词： 二阶Rashba效应 自旋电子学 Dirac方程 相对论平均场理论     

电子束能量沉积的相对论Fokker-Planck方程的计算方法

针对相对论电子束在高密度等离子体中的能量沉积过程,建立三维动量空间中快电子能量沉积的相对论Fokker-Planck方程的可计算物理模型,构造数值算法并研制数值模拟程序.通过与解析模型和蒙特卡罗模拟相比较,验证数值方法和程序的可靠性.在二维动量空间的模拟基础上,通过计算能量区间为0.5 MeV~3.5 MeV的快电子在背景密度为300 g·cm^-3的氘氚等离子体中的能量沉积过程,发现由于碰撞效应使平均散射角趋近平衡,三维动量空间计算快电子连续射程和穿透深度与二维结果基本一致.     

快波与低杂波协同作用的数值研究

在二维Fokker- Planck 方程求解的程序中, 把含有相对论、准线性效应二维快Fokker- Planck 方程的求解子程序与波的射线轨迹程序相结合, 采用了5 点模板对动量空间进行离散化处理, 调用了NAG 库子程序D03UAF 对方程求解。根据FTU 装置的参数, 对LHW 天线不同位置处辐射的功率谱进行了电流驱动的模拟计算, 结果表明: LHW 天线上不同位置处发射的波, 无论有没有FW, 功率的沉积剖面和驱动电流剖面都依赖于天线的位置; 低杂波和快波( LHW+ FW) 双波协同作用下LHW 驱动等离子体电流的效果得到了明显地改善。     

超强激光等离子体中钻孔效应的二维粒子模拟

当非均匀超短脉冲强激光照射均匀分布的过稠密等离子体时, 相对论效应导致电子质量增大,相对论电子等离子体频率减小,激光能更深地进入等离子体产生强烈吸收。由于入射激光的径向不均匀性,钻孔效应显著。通过二维粒子模拟结果清晰地观察到了等离子体通道的产生。     

超强激光等离子体中钻孔效应的二维粒子模拟

 当非均匀超短脉冲强激光照射均匀分布的过稠密等离子体时, 相对论效应导致电子质量增大,相对论电子等离子体频率减小,激光能更深地进入等离子体产生强烈吸收。由于入射激光的径向不均匀性,钻孔效应显著。通过二维粒子模拟结果清晰地观察到了等离子体通道的产生。     

LHCD的径向扩散效应

根据低杂波驱动电流的准线性理论，利用二维Ｆｏｋｋｅｒ－Ｐｌａｎｋ方程模拟程序，求出速度空间扩散的驱动电流，考虑快电子的径向扩散效应对驱动电流的影响，对原有程序加以完善，并ＨＴ－７，ＨＴ－６Ｍ装置进行了大量模拟计算，结果表明，考虑径向扩散后，原有的驱动电流以分变平很宽，并且变得光滑，同时驱动电流明显减小，驱动效率降低，另外，对于不同的径向扩散系数，电流密度的分布也有较大的差异。     

等离子体中波驱动电流的相对论效应

在以前文献中,曾从含有经典碰撞项的动力方程出发,研究了波驱动电流的相对论效应。对于高温等离子体,我们可不计经典碰撞项,只考虑湍流碰撞过程对电子分布的贡献。从动力方程出发,导出了矩方程,并计算了弱相对论和强相对论情形下,驱动电流的效率因子。     

发射波功率密度对电子回旋波电流驱动的影响

采用高斯光束的研究方法,结合Fokker-Planck方程,在堆级等离子体条件下模拟了发射波功率密度的改变对电子回旋波功率沉积以及电流驱动的影响。结果表明,高功率密度的波束会拓宽功率沉积剖面,使功率沉积的位置略有外移,电流驱动效率略有降低。     

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采用高斯光束的研究方法,结合Fokker-Planck方程,在堆级等离子体条件下模拟了发射波功率密度的改变对电子回旋波功率沉积以及电流驱动的影响。结果表明,高功率密度的波束会拓宽功率沉积剖面,使功率沉积的位置略有外移,电流驱动效率略有降低。     

托卡马克等离子体中的电子回旋波电流驱动

通过将波迹方程与相对论情况下的完全Fokker-Planck方程联合进行求解,研究了寻常波基频电子回旋波从托卡马克等离子体中平面弱场侧发射时的电流驱动。数值结果表明:随着等离子体电子密度、温度的提高, 功率沉积和电流分布的位置将向等离子体的边缘方向偏移,并且产生的总的驱动电流随之减小;入射波极向发射角和环向发射角度的改变对功率沉积、电流分布及其大小产生明显的影响。     

托卡马克等离子体LHCD与ECCD的协同作用

本文通过求解Fokker-Planck方程和射线追踪技术,详细研究了托卡马克等离子体中,低混杂波电流驱动(LHCD)与电子回旋波电流驱动(ECCD)的协同作用,结果表明,这种协同作用有利于用EC波驱动电流;捕获电子效应对电流驱动有一定影响,特别是O波弱场注入时,影响更为明显;驱动的电流对平衡磁场很敏感,磁场的大小也影响驱动电流的剖面。     

托卡马克等离子体不同运行模式下的电子回旋波电流驱动

在给定等离子体密度分布下，从电子、离子的能量方程出发，根据不同运行模式下等离子体的热传导率不同，分别求出了中心负剪切模式，常规剪切H模式和L模式下的等离子体温度分布，然后通过求解波迹方程与相对论情况下的Fokker-Planck方程，分别计算了这些模式下的电子回旋波电流驱动和波功率沉积.得到在中心负剪切下，驱动电流最大，驱动效率最高，功率沉积和电流分布区间跨度大；在常规剪切H模式下，驱动电流较小，分布区间跨度比较窄，驱动效率相对较低；在常规剪切L模式，驱动电流效率最低，分布区间跨度也非常集中. 关键词： 托卡马克 电子回旋波电流驱动 中心负剪切 常规剪切     

捕获电子效应对电流驱动影响的数值研究

在考虑到捕获电子效应的情况下,对求解二维Fokker-Planck方程的编程进行了反弹平均的修改,使用了交替方向隐式法来求解方程。分析和计算了在不同扩散系数和不同共振区间的情况下,捕获电子效应对驱动电流的影响。结果显示：随着逆纵横比的增加驱动电流密度有明显的下降,在磁轴附近捕获电子效应对电流驱动影响很小;提高波功率并不能很好的改善捕获电子效应对电流驱动的影响;右移共振区间提高共振电子的速度,也不能很好的改善捕获电子效应对电流驱动的影响。所得结果与理论分析基本一致。     

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在考虑到捕获电子效应的情况下,对求解二维Fokker-Planck方程的编程进行了反弹平均的修改,使用了交替方向隐式法来求解方程。分析和计算了在不同扩散系数和不同共振区间的情况下,捕获电子效应对驱动电流的影响。结果显示：随着逆纵横比的增加驱动电流密度有明显的下降,在磁轴附近捕获电子效应对电流驱动影响很小;提高波功率并不能很好的改善捕获电子效应对电流驱动的影响;右移共振区间提高共振电子的速度,也不能很好的改善捕获电子效应对电流驱动的影响。所得结果与理论分析基本一致。     

俘获电子效应对低杂波电流驱动的影响

利用的程序是基于FASTFP开发的RFP准线性Fokker-Planck程序，该程序适用于各种辅助加热和电流驱动的动力学计算.利用开发的编码对低杂波在托卡马克等离子体中的吸收和驱动效率进行了Fokker-Planck计算，考查了环形托卡马克装置的纵横比对波功率沉积和电流驱动效率产生的作用.研究表明，俘获电子效应对低杂波电流驱动的影响与波驱动的功率谱结构有关.俘获电子的平行速度较低，优化的功率谱可以在共振的电子数和俘获电子之间取得折中.俘获电子效应可以使低杂波电流驱动效率减小30%. 关键词： Fokker-Planck方程 俘获电子效应 低杂波电流驱动     

EAST低杂波电流驱动的数值模拟及分析

介绍了波的射线轨迹程序C3PO和求解三维Fokker-Planck方程程序LUKE的基本计算过程及其物理机制.该程序采用的是反弹平均方法,考虑了相对论效应和捕获粒子效应.利用此程序模拟并分析了EAST偏滤器位形下等离子体电流对低杂波传播以及驱动效率的影响.计算结果表明,随着电流的增大,低杂波射线轨迹在极向的旋转加快,功...