线性等离子体器件中湍流的内禀抑制

在线性器件和托卡马克的磁化等离子体中，等离子体湍流是热量和粒子输运的主导机制，因此研究湍流对于限制和控制这种输运具有重要意义。线性器件提供轴向磁场，在等离子体沿磁场从源到打击点运动时将其约束在圆柱几何结构中。由于垂直输运，等离子体密度和温度具有大致呈高斯型的径向分布，其梯度驱动不稳定性，如电阻漂移波和 Kelvin-Helmholtz 不稳定性。如果不稳定，这些不稳定性会导致扰动增长，形成饱和湍流，增加热量和粒子的跨场输运。当等离子体从源产生时，存在一个时间 $\tau_{\parallel}$，它基于平行速度和器件长度描述等离子体的寿命。随着等离子体沿器件运动，它也根据 $E\times B$ 和抗磁速度进行方位角运动。在这些平行和垂直时间之间存在一个平衡点，它设定了稳定阈值。我们模拟了具有不同平行长度和磁场的等离子体，以分别改变平行和垂直寿命，发现饱和 RMS 密度扰动水平与这些寿命之间的平衡存在明显的相关性。观察到边际稳定阈值存在于 $\tau_{\parallel}\approx11\tau_{\perp}$ 处。这也与乘积 $\tau_{\parallel}\gamma_*$ 相关，其中 $\gamma_*$ 是漂移波线性增长率，表明不稳定性必须存在大约 100 倍增长时间才能进入非线性增长阶段。我们探讨了这种相关性的根源及其对线性器件设计的意义。