托卡馬克等離子體中隨機磁場輸運的理論模擬研究.pdf

1、托卡馬克中隨機磁場會導致等離子體的反常輸運，從而降低托卡馬克的約束性能。回旋動理學數(shù)值模擬是研究湍流輸運很有用的工具，模擬可以給出粒子流和能量流。一般來說這些流包括擴散項和對流項，區(qū)分每一項的貢獻對理解湍流輸運是重要的，但現(xiàn)有的模擬很難區(qū)分這兩種流。利用相空間輸運矩陣計算流的方法可以區(qū)分這兩種流。本文基于李變換擾動方法研究了電磁擾動下的回旋動理學二階哈密頓量，改進了導心軌道程序GYCAVA;然后基于GYCAVA程序發(fā)展了一個通過積分粒子

2、導心的全軌道數(shù)值計算相空間輸運矩陣的程序。
　　第一個工作中，我們考慮低頻電磁擾動，用兩步李變換方法詳細計算了回旋動理論的二階哈密頓量，指出長波近似下，磁擾動δA對應的回旋動理論二階哈密頓量主要是1/2δA2‖;這是因為回旋中心變換導致的回旋中心坐標下的磁矩與導心坐標下的磁矩存在差別Δμ，這一差別對應的哈密頓量ΔμB0抵消了磁擾動垂直部分的能量1/2δA2⊥，其中B0為平衡磁場。基于該理論，我們將導心軌道程序GYCAVA加以改進，

3、并用來模擬TFTR縱向波紋磁場中高能粒子的導心軌道及其隨機輸運，得到了ripple場中高能粒子隨機輸運的區(qū)域與GWB理論符合。
　　第二個工作中，我們基于改進的導心軌道程序GYCAVA發(fā)展了一個程序，該程序通過積分導心全軌道數(shù)值計算了相空間輸運矩陣。我們用兩個算例來驗證數(shù)值計算輸運矩陣的正確性:一個是計算隨機磁場中無碰撞的電子擴散系數(shù)De與電子平行速度v‖和擾動場幅度｜δA｜的關系De∝|v‖｜;De∝｜δA｜2;另一個是計算隨機