专题:磁约束等离子体中的高能量粒子径向电场对离子温度梯度模稳定性的影响*陈凝飞1)魏广宇1)仇志勇1)2)†1)(浙江大学物理学院,聚变理论与模拟中心,杭州310027)2)(CenterforNonlinearPlasmaScienceandENEAC.R.Frascati,Frascati,Italy)(2023年5月17日收到;2023年9月26日收到修改稿)为了理解托卡马克装置中给定径向电场对离子温度梯度模(ITG)稳定性的影响,基于非线性回旋动理学理论和气球模表象推导了环位形下包含径向电场引起的极向流和密度扰动影响的ITG的本征模方程,并分别在长/短波长极限下研究了高能量粒子诱发测地声模(EGAM)所伴随的径向电场对ITG的本征频率、增长率和平行模结构的影响.不仅对该本征模方程进行了理论研究,还使用本征矩阵法对其进行数值求解,以便对理论结果进行验证.研究发现EGAM伴随的电场引起的极向转动会大幅降低ITG的增长率,而极向模数m=1的密度扰动对ITG的线性稳定性影响很小.这一结果与一般认为的带状流通过极向流剪切抑制湍流的结果是一致的.除此之外,使用本文发展的一般性方法也可以研究高能量粒子激发的阿尔芬不稳定性与漂移波湍流通过阿尔芬不稳定性激发带状结构发生的间接非线性相互作用,即带状结构所伴随的径向电场通过极向转动和密度扰动影响ITG的稳定性.该间接非线性通道可以作为对主导背景等离子体输运的微观湍流和主导高能量粒子输运的阿尔芬不稳定性之间的直接相互作用通道的补充.关键词：离子温度梯度模,径向电场,高能量粒子诱发测地声模,非线性回旋动理学理论PACS：52.35.Kt,52.35.Mw,52.25.Fi,52.55.FaDOI:10.7498/aps.72.202307981引言由磁约束聚变装置中普遍存在的压强梯度驱动的漂移波湍流(driftwave,DW)被认为是引起等离子体反常输运的可能原因之一[1],从而导致等离子体约束性能降低.在众多漂移波模式中,由离子温度梯度驱动的离子温度梯度模(ion-tempera-turegradientdrivenmode,ITG)是被研究得最多的漂移波之一,这是由于它会造成离子的热输运,而离子的约束对于未来磁约束装置极为重要.因此,需要对ITG的线性稳定和非线性饱和机制进行研究.其中,ITG非线性饱和机制的研究对提升磁约束聚变装置的热离子约束性能和加深对低-高约束模转换的理解具有重要意义.E×BE×B径向电场引起的极向剪切流可以破坏ITG的径向相干结构,从而降低其幅度及相应的离子热输运[2].Hahm等[3]通过两点非线性理论分别研究了大纵横比或有限纵横比的托卡马克位形中的极向剪切流对湍流的抑制作用,并发现当流剪切率大于背景湍流的去相关...
