使用 Landau 闭合模型分析 TJ-II 中高能粒子对 Alfven 本征模的去稳

在中性束注入（NBI）加热的等离子体中，Alfven 本征模（AE）可以通过逆 Landau 阻尼以及与剪切 Alfven 连续谱中间隙模的耦合被高能粒子去稳。我们使用约化 MHD 方程、高能粒子的密度和平行速度矩以及测地声波动力学，描述了完整三维系统中极向磁通和涡度环向分量的线性演化。一个闭合关系在该模型中加入了 Landau 阻尼和共振去稳效应。我们应用该模型研究 TJ-II 中的 Alfven 模稳定性，在高能粒子 $\beta$ (beta_f)、热速度与 Alfven 速度之比 (Vth/VA0)、高能粒子密度剖面以及环向模 (n)（包括环向和螺旋耦合）的合理取值范围内进行了参数分析。研究预测了不同环向模之间存在较大的螺旋耦合，以及频率与 TJ-II 中测量到的 AE 活动（介于 50 - 400 kHz 之间）相似的螺旋 Alfven 本征模（HAE）的去稳。分析还揭示了 GAE（全局 Alfven 本征模）、TAE（环向 Alfven 本征模）和 EPM（高能粒子模）的去稳。对于本文考虑的模，优化的 TJ-II 运行需要 iota 剖面在 [0.845, 0.979] 范围内，以稳定内部和中部等离子体中的 AE。等离子体边缘的 AE 无法完全稳定，尽管对于 iota = [0.945, 1.079] 的构型，仅有 n=7,11,15 的 AE 不稳定，其增长率比标准 iota = [1.54,1.68] 情况小 4 倍，频率为 100 kHz。我们重现了随着 iota 剖面变化而在 TJ-II 中观察到的 AE 频率扫频演化。AE 频率扫频是由不同螺旋族之间不稳定性主导模的连续变化引起的。