托卡马克等离子体中 runaway 电子雪崩的动力学建模
等离子体物理
2015-03-23 v1
摘要
如果环形电场产生的加速力超过背景等离子体库仑碰撞引起的碰撞阻力，托卡马克等离子体中可能会产生 runaway 电子 (REs)。在 ITER 中，预期破裂主要通过 knock-on 碰撞产生 REs，其中足够的动量可以从现有的 runaway 电子转移到慢电子，使后者传输超过临界动量，从而引发 REs 雪崩。由于 knock-on runaway 电子通常以相对于局部磁场方向具有显著的垂直动量分量被散射，这些粒子是高度磁化的。因此，动量动力学需要完整的 3-D 动力学描述，因为这些电子对环形构型的磁场非均匀性高度敏感。推导了一个 bounce-averaged knock-on 源项。利用代码 LUKE（一个求解 3-D 线性化 bounce-averaged 相对论电子 Fokker-Planck 方程的求解器），通过计算电子分布函数对恒定平行电场的响应，研究了 Dreicer 机制和 knock-on 碰撞过程共同作用下 REs 的产生。这项工作表明，即使在非破裂情景中，雪崩效应也可能很重要。研究发现，当发生在磁轴以外时，通过 knock-on 碰撞产生的 REs 会显著减少，因为俘获电子不能贡献于 REs 种群。作为 REs 形成关键参数的函数，研究了雪崩机制的相对重要性；这些参数包括等离子体温度和电场强度。与理论预测一致，模拟表明在低温和低电场下，knock-on 碰撞是 REs 的主要来源，并且可以在 REs 产生中发挥重要作用，包括在非破裂情景中。
引用
@article{arxiv.1503.06082,
title = {Kinetic modelling of runaway electron avalanches in tokamak plasmas},
author = {E. Nilsson and J. Decker and Y. Peysson and R. S. Granetz and F. Saint-Laurent and M. Vlainic},
journal= {arXiv preprint arXiv:1503.06082},
year = {2015}
}
备注
23 pages, 12 figures