粘滞性产生的极化电流对微岛的作用-核聚变与等离子体物理.pdf

第 30 卷 第 1 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.30, No.1 2 0 1 0 年 3 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics March 2010 文章编号：0254-6086(2010)01-0017-04 粘滞性产生的极化电流对微岛的作用 曹锦佳，王爱科，孙爱萍 (核工业西南物理研究院，成都 610041) 摘 要：导出了微岛( w / ρ →0 )的垂直粘滞性，运用该粘滞性获得了微岛的静电势函数和岛宽随时间演化的 i 动力学方程。理论分析表明，该粘滞性引起的极化电流对微岛起不稳定作用。进一步的数值分析显示当离子温度 较小或离子温度突然下降时，极化电流使微岛快速增长，与实验观测到的结果定性一致。 关键词：粘滞性；微岛；静电势函数；极化电流；离子温度 中图分类号：O534 文献标识码：A　 1 引言 撕裂模起稳定作用，可以确定新经典撕裂模的阈值 在托卡马克等离子体中新经典撕裂模不稳定 岛宽[15, 18] ；第二类是通过分析具体的物理过程来考 性使得横切场输运增强，等离子体约束减弱，甚至 察分布函数[16, 20] ，忽略抗磁漂移效应，得到极化电 导致破裂。新经典撕裂模是由螺旋扰动的自举电流 流对磁岛起不稳定作用，同样也可以确定撕裂模爆 产生。当存在种子磁岛时，自举电流使得撕裂模非 发的阈值岛宽[16, 21] 。Mikhailovskii采用超粘滞性分 线性不稳定[1~3] 。种子磁岛是磁岛宽度小于临界岛 析了磁岛的速度分布函数，研究了极化电流对长波 [19, 20] 宽的磁岛。种子磁岛由等离子体中的一些磁流体不 磁岛( w ρi )的不稳定影响 。然而对于短波磁 稳定性产生[4~6] ，如锯齿振荡、边缘局域模、鱼骨 岛(称为微岛 w ρ ) 的粘滞性和极化电流对磁岛 i 模等。当种子磁岛宽度超过阈值岛宽时，磁岛快速 的作用还不清楚。本文在Mikhailovskii工作的基础 增长，同时等离子体约束减弱。但是在一些实验中， 上导出微岛的垂直粘滞性表达式，考虑离子的粘滞 没有观察到明显的种子磁岛，却发现磁岛突然出现 性对静电势函数的调制作用，获得微岛的静电势函 并快速增长[7~9] 。基于这些实验，人们推断在这种 数。我们发现忽略漂移效应时，极化电流对微岛具 情况下种子磁岛的尺度非常小，即种子磁岛是微 有不稳定作用。数值分析显示当离子温度较小或离 岛。Brennan等人[10]对推广的Rutherford方程中的极 子温度突然下降时，微岛能快速增长，结果与实验 化电流项用离子香蕉宽度进行了修正，发现在高比 观测[9]定性一致。 压的情况下磁岛宽度小于离子香蕉宽度甚至趋于 零时，小尺度微岛快速增长。因此，研究微岛对理 2 微岛的静电势函数的确定和