LAPD上剪切阿尔文波隙本征模的初步计算

表征剪切阿尔文波（SAW）的隙本征模及其与高能离子的相互作用对于磁约束聚变的成功至关重要。先前的研究报道了在LAPD（Zhang等人2008 Phys. Plasmas 15 012103）上对SAW谱隙的实验观测，LAPD是一种线性大型等离子体装置（Gekelman等人1991 Rev. Sci. Instrum. 62 2875），与传统聚变装置相比具有更易诊断接入和更低成本的特点，以及使用理想条件的解析理论和数值隙本征模（Chang 2014澳大利亚国立大学博士论文）。为引导实验实施，本工作采用精确的LAPD参数对SAW的隙本征模进行建模。对先前实验波场的完整描绘揭示，先前观测到的谱隙并非全局的，而是轴向局域的结果。为形成全局谱隙，必须增加磁镜数量，且更强的静磁场使其更清晰。对于磁场 $B_0(z)=1.2+0.6\cos[2\pi (z-33.68)/3.63]$ 及 $7.74$~m磁滩，获得了这样的谱隙。通过引入两类局域缺陷（分别对应于 $E_\theta(z_0)=0$ 和 $E_\theta'(z_0)=0$），在隙内清晰地形成了奇宇称和偶宇称离散本征模。这些隙本征模的强度随碰撞频率显著下降，与先前研究一致。参数扫描表明，这些隙本征模甚至可在场强 $B_0(z)=0.2+0.1\cos[2\pi (z-33.68)/3.63]$ 且仅有 $4$ 个磁镜的条件下成功形成，这可由LAPD在其当前状态下实现。本工作可作为在LAPD及其他线性等离子体装置上实验实现SAW隙本征模的强力推动与直接参考。