无碰撞 tearing 模式在扭曲等离子体中的线性与非线性动力学
等离子体物理
2024-10-21 v1
摘要
我们利用电磁等离子体 gyrokinetic 模拟代码 ORB5 研究了由电流密度梯度驱动的无碰撞扭曲等离子体中的 tearing 模式 (TM)。我们通过平坦剖面进行 TM 宽度的模拟分析，因为缺乏背景离心流导致旋转速度较小，而加入有限梯度以探讨 TM 的旋转。对于平坦剖面，初始饱和宽度的非线性驱动磁岛与 TM 线性增长率相关;然而，初始饱和阶段的大型磁岛易发生电流密度 redistributed，从而在后续演化中减少岛的宽度。岛诱导的 和离心 sheared 流在分离线处发展，能够扰动 Kelvin-Helmholtz 不稳定性 (KHI)。KHI 湍流增强了强大的四极涡流，强化岛的衰减，最终导致岛宽度显著减小。该过程在被囚电子的作用下被放大。对于有限梯度剖面，TM 通常以电子离心方向旋转，但当离子温度梯度占主导时可改变旋转方向。由离心效应导致的 TM 增长率降低结果在初始饱和后保持适中且基本不变的岛大小。在稳态下，强 zonal 流被非线性激发并主导岛的旋转，如前所述的理论与数值研究所示。当等离子体 beta 值增加时，TM 模式被抑制，一个具有相同螺旋性但带扭转奇偶性的模式与相邻的 poloidal 谐波耦合并被扰动，类似于动力学气球模式。
引用
@article{arxiv.2410.11498,
title = {Linear and Nonlinear Dynamics of Self-Consistent Collisionless Tearing Modes in Toroidal Gyrokinetic Simulations},
author = {Fabien Widmer and Emanuele Poli and Alexey Mishchenko and Akihiro Ishizawa and Alberto Bottino and Thomas Hayward-Schneider},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.11498},
year = {2024}
}