多离子成分等离子体中的线性和非线性离子温度梯度模研究

摘要

托卡马克中的等离子体是一种复杂的体系，很多不稳定性会影响约束。影响等离子体约束的主要物理过程包括磁流体平衡及其不稳定性，杂质辐射，电子和离子的反常输运等。如何解释反常输运是托卡马克理论面临的一个重要挑战。离子温度梯度驱动的湍流是等离子体中产生反常离子热输运的主要原因。长期以来关于离子温度梯度模各方面的研究一直是人们所感兴趣的问题。 本文研究含有多种离子成分的等离子体中，离子温度梯度的线性和非线性模。以流体模型为主要研究方法，讨论了不同离子成分和等离子体参数对各种不稳定性和稳态结构的影响。 在第一章中，简要介绍了离子温度梯度模的存在、特点、研究内容和进展，介绍了主要的研究方法和结果。 在第二章中，采用流体模型和动力学模型研究了多离子成分背景下等离子体漂移波不稳定性和各种离子成分的关系，特别给出了存在两种离子时的局域线性不稳定性条件，同时研究了不稳定性存在时增长率和η值的关系。 在第三章中，采用离子温度梯度模基本流体方程组研究了多离子成分等离子体中存在有限离子温度梯度时可能存在的一种非线性相干结构偶极涡旋。我们还利用数值方法研究了各种离子荷电，质量，成分对涡旋参数的影响。 在第四章中，我们研究了等离子体中存在横向剪切流时，线性的离子温度梯度模的时间演化以及剪切流和离子成分的影响。我们还研究了当存在横向剪切流时可能激发的一种新的非线性稳态结构--三极涡旋，利用“非模方法”研究涡旋中心的二次激发时间演化和受各种参数的影响。 在第五章中研究了多离子成分等离子体中的能量平衡和能量转换关系，研究了多离子成分的离子温度梯度非局域线性模，并利用已有的经验公式估算了多离子成分等离子体中离子温度梯度驱动反常热输运的输运系数。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章综述

1.1引言

1.2离子温度梯度模简介和研究进展

1.2.1离子温度梯度模简介

1.2.2离子温度梯度模的研究进展

1.2.3线性离子温度梯度模

1.2.4非线性离子温度梯度模

1.3本论文的研究内容

第二章多离子成分等离子体离子温度梯度局域线性模

2.1背景介绍

2.1.1研究历史

2.1.2物理背景

2.2多离子成分离子温度梯度局域线性模流体模型

2.2.1基本方程

2.2.2局域线性色散关系

2.2.3线性不稳定性和增长率

2.2.4结论

2.3多离子成分离子温度梯度局域线性模动力学模型

2.3.1 Vlasov方程的平衡解

2.3.2一阶Vlasov方程从实验室坐标系到导心坐标系的变换

2.3.3扰动分布函数和扰动密度函数

2.3.4多离子局域线性色散关系和不稳定性

2.3.5结论

2.4流体模型和动理学模型的结果比较

2.5本章小结

第三章多离子成分等离子体离子温度梯度涡旋

3.1背景介绍

3.1.1涡旋的产生和存在

3.1.2离子温度梯度模驱动湍流中的稳态涡旋

3.2多离子成分离子温度梯度偶极涡旋

3.2.1模型建立和基本方程组

3.2.2多离子成分离子温度梯度模的稳态涡旋解

3.3离子参数对涡旋的参数影响

3.3.1离子参数对涡旋幅度的影响

3.3.2离子参数对涡旋旋转的影响

3.4本章小结

第四章具有剪切流的多离子成分离子温度梯度模

4.1背景介绍

4.1.1剪切流及其存在

4.1.2含剪切流情况的研究方法和对离子温度梯度模的影响

4.1.3三极涡旋和含剪切流情况的涡旋中心二次激发

4.2多离子成分剪切流离子温度梯度线性模

4.2.1基本模型和时间演化方程

4.2.2数值求解

4.3多离子成分离子温度梯度三极涡旋

4.3.1基本方程

4.3.2三极涡旋解

4.3.3中心涡旋幅度和参数的关系

4.4多离子成分离子温度梯度涡旋的二次激发

4.4.1基本模型

4.4.2数值研究

4.5本章小结

第五章多离子成分离子温度梯度非局域模和输运

5.1背景介绍

5.2能量转换和能量平衡关系

5.2.1物理背景和基本方程

5.2.2能量转换和能量平衡关系

5.3多离子成分离子温度梯度非局域线性模

5.4反常热输运系数的估计

5.5本章小结

第六章总结与展望

6.1本文主要结论

6.2展望

参考文献

致谢

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