ITER 燃烧等离子体的首个全局柔克挥舌剖面预测
等离子体物理
2025-11-06 v1
摘要
本文提出了针对 ITER 基准场景（运行于 15 MA）的首个全局柔克挥舌模拟，使用 GENE-Tango 电磁模拟。所建模的径向区域覆盖接近磁轴至 rho_tor = 0.6。结果显示显著的密度峰化，受电磁涡旋扰动的调制。该场景预测的融合增益为 Q = 12.2，与 ITER 使命目标良好一致。进一步表征了湍流谱，发现电磁模式（如微破 tearing 模式、动力学气球模式和阿尔芬赫离子温度梯度模式）在低 binormal 波数下在核心传输中发挥关键作用， necessitating 高数值分辨率以进行准确建模。局部流管模拟定性再现了全局柔克挥舌模拟中观察到的关键特征，但对剖面梯度的敏感性显著高于全局模拟，反映出由于平衡剖面和安全系数的线性化导致的刚性增加。我们还发现，施加的外部扭流旋转轮廓对湍融合传输的影响可以忽略不计，因为其幅度远小于主导线性增长率。进一步地，我们证明安全系数轮廓至关重要：采用平坦 q 轮廓且磁剪切接近零的情形会导致动力学气球模式在等离子体核心失稳，从而显著增强湍融合传输，可能恶化局部性能。最后，尽管电子温度梯度湍流最初呈现较大规模，有时超过离子尺度的传输水平，但通过 zonal 流的世界面演（在 ITER 预期的极低碰撞性条件下其阻尼较弱），最终被抑制。
关键词
引用
@article{arxiv.2511.03336,
title = {First global gyrokinetic profile predictions of ITER burning plasma},
author = {A. Di Siena and C. Bourdelle and A. Bañón Navarro and G. Merlo and T. Görler and E. Fransson and A. Polevoi and S. H. Kim and F. Koechl and A. Loarte and E. Fable and C. Angioni and P. Mantica and F. Jenko},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.03336},
year = {2025}
}