反场位形磁压缩的磁流体力学模拟

磁压缩长期以来被提出作为反场位形（FRC）中等离子体加热的一种有前景的方法，然而，由于其超越一维（1D）绝热理论模型 [R. L. Spencer 等, Phys. Fluids 26, 1564 (1983)] 的高度动态性质，充分理解压缩过程背后的物理机制仍然是一项挑战。在本工作中，使用 NIMROD 代码 [C. R. Sovinec 等, J. Comput. Phys. 195, 355 (2004)] 对 FRC 的磁压缩进行了磁流体力学（MHD）模拟，并与一维理论进行了比较。探讨了该理论的各种假设对压缩过程的影响，并研究了压缩过程中 FRC 的详细剖面。压力演化在各种初始条件下均与理论预测一致。FRC 的轴向收缩会受到初始密度剖面和压缩磁场的上升速率的影响，但理论关于 FRC 长度的总体预测，特别是关系 $r_s=\sqrt{2}r_o$ 在整个压缩过程中近似保持良好，其中 $r_s$ 为 FRC 分界面的主半径，$r_o$ 为磁轴的主半径。密度和温度的演化会显著受到初始平衡剖面和压缩磁场上升速率的影响。在压缩过程中，FRC 的主半径是另一个易受压缩场上升速率影响的参数。基本上，对于相同的磁压缩比，峰值密度高于理论预测，且 FRC 的半径 $r_s$ 小于理论预测。