Miller 托卡马克平衡中捕获电子的可用能量
等离子体物理
2023-10-25 v2
摘要
可用能量(\AE{})量化了可释放并转化为不稳定性与湍流的最大热能，已被证明是预测捕获电子模驱动湍流中饱和能量流的有用量度。本文中，我们计算并研究了由 \citet{Miller1998NoncircularModel} 引入的解析托卡马克平衡中的 \AE{}。捕获电子的 \AE{} 重现了实验中观察到的多种趋势；负磁剪切、增大的 Shafranov 位移、竖直拉长以及负三角度均可具有稳定作用，这体现为 \AE{} 的降低，尽管其强烈依赖于所选平衡。将 \AE{} 与来自 \textsc{tglf} 模型的饱和能量流估计相比较，我们发现二者相当吻合，表明 \AE{} 可用于预测趋势。我们进一步研究 \AE{}，发现负三角度在具有正剪切或低梯度的竖直拉长位形中尤为有益。此外，我们从 \AE{} 中提取出类梯度阈值的量，并发现其表现类似于回旋动力学梯度阈值：它倾向于随磁剪切线性增加，而负三角度导致特别高的阈值。接下来我们优化装置几何以使 \AE{} 最小，发现最优值强烈依赖于平衡参数，例如磁剪切或压力梯度。通过研究增大密度梯度、增大压力梯度以及减小剪切的竞争效应，我们发现了具有陡峭梯度但低 \AE{} 的区，并且此类区在负三角度托卡马克中无法达到。
引用
@article{arxiv.2307.02304,
title = {Available energy of trapped electrons in Miller tokamak equilibria},
author = {R. J. J. Mackenbach and J. H. E. Proll and G. Snoep and P. Helander},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.02304},
year = {2023}
}
备注
31 pages, 16 figures