论平行磁场涨落对STEP中电磁不稳定性的重要性

[摘要删节] 本文讨论了在概念性高β、反应堆尺度、小环径比托卡马克STEP的燃烧等离子体阶段，陀螺动力学模拟中平行磁场扰动对电磁不稳定性和湍流的重要性。先前的研究揭示了在接近离子拉莫尔半径的副法向尺度上存在不稳定的混合动力学气球模（hKBM）。在STEP等离子体中，发现hKBM需要包含平行磁场扰动才能线性不稳定。本文通过陀螺动力学模拟探讨了在多大程度上可以放宽平行磁场中涨落的包含。特别地，讨论了常用的MHD近似（忽略$\delta \! B_{\parallel}$并设置$\nabla B$漂移频率等于曲率漂移频率），并通过模拟探索该近似是否对模拟STEP等离子体有用。结果表明，MHD近似可以再现完整STEP陀螺动力学系统的一些线性特性，但在低$k_y$时过于稳定，使用MHD近似的非线性模拟导致非常不同的输运状态。证明了MHD近似受到STEP中高$\beta^{\prime}$值的挑战，并且在较低的$\beta^{\prime}$下该近似显著改善。此外，表明STEP对$\delta \! B_{\parallel}$涨落的敏感性主要是因为等离子体接近边缘状态，并且表明在稍强驱动的条件下，hKBM在没有$\delta \! B_{\parallel}$的情况下也是不稳定的。关键的是，证明了STEP等离子体局部电磁陀螺动力学模拟通常预测的大输运状态并非仅由$\delta \! B_{\parallel}$物理导致。