ITER 规模等离子体中融合产生的 Alpha 粒子对螺旋核心形成与 MHD 稳定性的影响

研究融合产生的 alpha 粒子对 ITER 规模混合场景下螺旋核心(HC),即 $m/n=1/1$ 扭曲/准互换模态的长期理想饱和态,的影响,该场景中核心等离子体的磁剪切 $q\gtrsim1$。HC 状态由 3D MHD 力平衡决定,以及其他贡献因素,如等离子体形状、安全系数轮廓以及所有粒子种类的压力轮廓。一种不完整但有用的 HC 衡量标准是磁轴位移,$\delta_\mathrm{HC}$。使用 MHD-PIC 模仿,我们发现随着 alpha 粒子压力 $\beta_\mathrm{alpha}$ 的增加,$\delta_\mathrm{HC}$ 得以增强。在 ITER 运行条件下 $\beta_\mathrm{alpha}(0) \lesssim 1\%$,可将 $\beta_\mathrm{alpha}$ 大约视为总 MHD 压力的一部分。在此范围内,没有明显的压力轮廓展平,表明 HC 保持了等离子体的全能性。如果将 $\beta_\mathrm{alpha}(0)$ 增至超过 $1\%$,则 $\delta_\mathrm{HC}$ 随 $\beta_\mathrm{alpha}$ 继续增大,直至在我们参考案例中达到上限 $\beta_\mathrm{alpha}(0)=3\%$。在此上限处, both bulk 和 alpha 压力轮廓部分展平,表明全能性降低了。在 HC 形成后,阻性压力驱动的 MHD 模态可能变得不稳定,该模态局限于 HC 压缩磁通区域。该二次模态包含广泛的短波长傅里叶分量,其生长率相同,因此属于单个连贯实体。我们的当前仿真模型不足以充分表示此二次模态;然而,初步结果表明它可能促进磁力混沌,这会影响等离子体约束。