托卡马克中带电粒子分布的表示与建模
等离子体物理
2022-05-23 v3 计算物理
摘要
实验诊断、分析工具与模拟以多种形式和坐标表示粒子分布。在诸如 ITER 集成建模与分析套件 (IMAS) 等平台上，需要管理这些数据的算法来执行归档、建模、转换与可视化等任务。本文描述了一种针对轴对称托卡马克几何中具有任意大磁漂移的带电粒子分布完成部分所需任务的方法。给定磁位形后，我们首先构建引导中心轨道数据库，其作为表示粒子分布的基础。该轨道数据库包含执行任意坐标间转换、建模任务与共振分析所需的几何信息。利用该数据库，导入或新建模的分布被映射到精确平衡态，其维度被降至三个运动常数 (CoM)。当输入为真实分布（即度量单位相空间体积内物理粒子数的分布）时，轨道权重被唯一给定。较不理想的输入，例如未考虑漂移估计出的分布或粒子源模型，也可被处理。作为一个应用示例，我们仅给定出生分布（其并非 alpha 粒子 CoM 的函数），重建了大托卡马克中聚变产生 alpha 粒子的漂移诱导特征。为验证并作为 IMAS 的原理证明，我们在 CoM 空间与能量-俯仰-柱坐标之间执行了反复的来回变换。
引用
@article{arxiv.2111.08224,
title = {Representation and modeling of charged particle distributions in tokamaks},
author = {Andreas Bierwage and Michael Fitzgerald and Philipp Lauber and Mirko Salewski and Yevgen Kazakov and Žiga Štancar},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.08224},
year = {2022}
}
备注
27 pages, 21 figures