MAST SOL 流管几何结构中 3D 丝状体动力学表征

使用 BOUT++ 流体建模框架对真实 MAST SOL 流管几何结构中的丝状体传播进行的非线性模拟表明，由于磁场几何结构的三个特征，偏滤器区域的丝状体动力学与中平面区域是隔离的：沿磁力线的磁曲率变化、流管膨胀以及强磁剪切。在这三种效应中，后两种导致丝状体在中平面产生鼓包特征，而前者导致在 X 点周围产生鼓包。在包含所有三种效应的模拟中，观察到丝状体在中平面鼓包，这表明磁曲率变化的作用次于流管膨胀和磁剪切。这些效应的幅度在 X 点附近最强，从而导致平行密度梯度的形成。模拟的丝状体代表 MAST 中的丝状体，被识别为电阻性鼓包，意味着其运动受惯性限制而非鞘层限制。当等离子体碰撞性较低时，平行密度梯度可驱动丝状体趋向玻尔兹曼响应。此处结果表明，平行密度梯度的形成是真实磁场几何结构的自然且必然的结果，因此向玻尔兹曼响应的转变是使用真实磁场几何结构的结果。玻尔兹曼响应导致丝状体自组织并绕轴旋转。随着温度升高和碰撞性降低，会发生从交换运动到玻尔兹曼响应的转变。这一点通过测量丝状体内密度扰动与电势扰动之间的相关性得到了证实：在与交换机制相关的反对称态中相关性较低，而在玻尔兹曼机制中相关性较高。