基于 Landau 闭合模型的 CFQS 等离子体中阿尔文本征模稳定性研究
等离子体物理
2021-04-19 v1
摘要
本研究旨在分析中国首台准轴对称仿星器（CFQS）中阿尔文本征模（AE）的稳定性。AE 稳定性由 FAR3d 代码计算，该代码求解约化 MHD 方程以描述全三维系统中极向磁通与涡度环向分量的线性演化，并耦合包含螺旋耦合与声模效应的高能粒子（EP）密度与平行速度矩方程。模型中通过给定闭合关系加入 Landau 阻尼与共振失稳效应。模拟结果表明，在慢化过程中 EP 使 n = 1 至 4 的 AE 失稳，特别是 n = 1 与 n = 2 环向 AE（TAE）、n = 3 椭圆 AE（EAE）与 n = 4 非圆 AE（NAE）。若共振由能量高于 17 keV 的 EP（弱热化 EP）引起，则 n = 2 EAE 与 n = 3 NAE 失稳。另一方面，能量低于 17 keV 的 EP（晚热化阶段）导致 n = 3 与 n = 4 TAE 失稳。针对离轴 NBI 注入的模拟表明 n = 2 至 4 AE 进一步失稳，尽管 n = 1 AE 增长率略有下降，因此未识别出相对于 NBI 沉积区域的明确优化趋势。此外，n = 2、4 螺旋 AE（HAE）在高于某一 EP \b{eta} 阈值时失稳。并且，若模拟的热 \b{eta} 增大（更高热等离子体密度），等离子体的 AE 稳定性改善。包含有限拉莫尔半径与电子-离子 Landau 阻尼效应的模拟显示 n = 1 至 4 EAE/NAE 被稳定，且 n = 1 至 4 BAE/TAE 的增长率与频率下降。
引用
@article{arxiv.2104.07987,
title = {Study of the Alfven Eigenmodes stability in CFQS plasma using a Landau closure model},
author = {J. Varela and A. Shimizu and D. A. Spong and L. Garcia and Y. Ghai},
journal= {arXiv preprint arXiv:2104.07987},
year = {2021}
}