摇摆离子简单磁镜3D模拟中的漂移回旋损失锥不稳定性
等离子体物理
2025-04-15 v2
摘要
在三维简单磁镜中研究了无碰撞摇摆束离子（45°投掷角）等离子体的动力学稳定性，该磁镜模拟威斯康星高温超导轴对称镜（WHAM）实验。碰撞Fokker-Planck代码CQL3D-m提供减速束离子分布以初始化动力学离子/流体电子代码Hybrid-VPIC，后者随后模拟无外部加热或燃料注入的自由等离子体衰减。在1–10 μs的时间范围内，漂移回旋损失锥（DCLC）模式增长并达到饱和幅度。DCLC将离子散射到具有气体动力学而非经典磁镜约束的边际稳定分布。摇摆离子可以将冷（低能）离子捕获在静电势阱中以稳定DCLC，但DCLC本身不会将摇摆束离子散射到该势阱中。相反，冷离子必须来自外部源，如与低密度中性群体的电荷交换碰撞。手动添加冷~1 keV离子在Hybrid-VPIC模拟中将束离子约束提高了数倍，这在定性上与真实磁镜装置中使用摇摆离子的先前测量结果一致。
引用
@article{arxiv.2412.04656,
title = {Drift-cyclotron loss-cone instability in 3D simulations of a sloshing-ion simple mirror},
author = {Aaron Tran and Samuel J. Frank and Ari Y. Le and Adam J. Stanier and Blake A. Wetherton and Jan Egedal and Douglass A. Endrizzi and Robert W. Harvey and Yuri V. Petrov and Tony M. Qian and Kunal Sanwalka and Jesse Viola and Cary B. Forest and Ellen G. Zweibel},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.04656},
year = {2025}
}
备注
Accepted at Journal of Plasma Physics; 36 pages, 14 figures