关于STEP中的电磁湍流与输运

本工作中，我们展示了概念性高-$\beta$、反应堆尺度、紧环径比托卡马克STEP（Spherical Tokamak for Energy Production，用于能源生产的球形托卡马克）燃烧等离子体阶段中半径处电磁湍流的首批非线性局域回旋动力学模拟。D. Kennedy等人2023年Nucl. Fusion 63 126061中的先前线性分析揭示了不稳定混合动力气球模的存在，其中压缩磁场涨落 $\delta B_{\parallel}$ 的引入至关重要，并且在接近离子拉莫半径的双法向尺度上发现了次要的微撕裂模。中心堆芯区所选表面的局域非线性回旋动力学模拟表明，混合动力气球模可驱动较大的湍流输运；而当人工抑制混合动力气球模（通过忽略 $\delta B_{\parallel}$）时，次要微撕裂模的湍流输运可忽略。包含垂直平衡流剪切的非线性模拟可在较低通量下饱和，更符合STEP中可用的源。该分析表明混合动力气球模可能在决定STEP中的湍流输运方面起重要作用，并讨论了减缓湍流输运的可能机制。在所考虑的情形中，提高安全因子或压力梯度可强烈降低混合动力气球模的湍流输运。本文强调了在该高-$\beta$ 状态下模拟电磁湍流所面临的挑战，特别是在无平衡流剪切时观测到的径向延展湍流结构，这促使未来开展包含 $\delta B_\parallel$ 的先进全局回旋动力学模拟。