全局电磁回旋动理学模拟中Shafranov位移和有限β效应对阿尔芬本征模和微观不稳定性的影响
等离子体物理
2026-05-19 v1
摘要
未来的核聚变反应堆必须约束具有强动力学梯度和少量聚变产生的高能粒子(EP)的等离子体，这些高能粒子的温度比热离子高约100倍。在我们的分析中，我们假设存在一个稳定的MHD平衡，并研究不稳定的等离子体扰动。在这个电磁、动力学、多尺度、自组织系统中，所有成分都对Shafranov位移(平衡效应)和等离子体β(等离子体响应)有贡献。然而，由于问题的高度复杂性，许多工作忽略了这些效应。我们使用全局回旋动理学代码ORB5来研究等离子体稳定性。从一个具有绝热电子的静电热等离子体在β=0的理想MHD平衡开始，我们系统地增加了模型的真实性。我们研究了环形阿尔芬本征模(TAE)、离子温度梯度(ITG)和动力学气球模(KBM)微观不稳定性在线性和非线性阶段的稳定性及非线性通量。在线性方面，我们发现Shafranov位移效应是环向模数的函数，它们主要起稳定作用，且在较长波长处更强，对TAE的影响最大，在一致考虑MHD平衡中EP压力的情况下，增长率降低了90%。这导致TAE增长率随EP比例增加而呈现递减规律。我们发现Shafranov位移渐近地将ITG频率推高，将TAE频率推低。此外，我们表明KBM受到EP(动力学)和Shafranov位移(平衡)效应的强烈阻尼。在非线性方面，我们发现线性TAE稳定化不影响饱和水平。然而，TAE携带的热量和粒子通量因Shafranov位移而减少。而ITG通量和饱和水平不受Shafranov位移的影响。
引用
@article{arxiv.2605.17138,
title = {Shafranov shift and finite $\beta$ effects on Alfv\'en Eigenmodes and microinstabilities in global electromagnetic gyrokinetic simulations},
author = {B. Rofman and G. Di Giannatale and A. Mishchenko and E. Lanti and A. Bottino and T. Hayward-Schneider and J. N. Sama and A. Biancalani and B. F. McMillan and S. Brunner and L. Villard},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.17138},
year = {2026}
}