EAST 等离子体内部输运屏障处电磁涡旋扰动

本研究对 EAST 托卡马克氢气等离子体内部输运屏障 (ITB) 区域的涡旋扰动进行了全球非线性电磁涡旋动力学模拟。线性模拟揭示了两种主导的离子温度梯度 (ITG) 模态：一种在 $q=1$ 表面上具有较高频率，电气定性极限下占主导地位；另一种在 $q_{\min}$ 表面附近具有较低频率，随实验 $\beta$ (等离子体压力与磁压之比) 条件下占主导。有限 $\beta$ 效应有效抑制了高频率 ITG 模态，一旦轴向 $\beta_i$ 超过 0.5%，该 ITG 模态便不再占主导，位于 $q_{\min}$ 表面附近的 ITG 模态成为主要不稳定模式。因此，电磁效应在抑制 ITG 模态以及在不同径向位置引起最不稳定模式之间的转变方面发挥着关键作用。在电气定性极限下，不稳定模式的线性增长率约为电磁情况下的主导模式的 1.25 倍。然而，在电磁非线性 regime 下，热离子热导率至少降低了一个数量级。这一降低主要源于电磁非线性效应增强了 zonal 流的剪切效应，从而进一步抑制了微涡旋扰动。最后，能量性粒子由于稀释效应和有限 $\beta$ 贡献，对 ITG 涡旋扰动具有轻微的抑制作用。强调在含弱磁剪切的情况下，ITG 的电磁效应必须纳入用于准确计算输运系数。