离子束-尾不稳定性在螺旋等离子体中的激发
等离子体物理
2025-06-17 v1
摘要
本文首次探讨了能源电子在螺旋等离子体中激发的离子束-尾(BOT)不稳定性。采用为磁性聚变中波动-粒子相互作用和结果不稳定性而发展起来的Berk-Breizman模型。根据典型的螺旋放电条件，对Berk-Breizman模型计算出Berk-Breizman模型的细节。还进行参数研究，以揭示碰撞性和能源驱动的影响，分别用于高压和高功率情景。发现当采用HXHM(高磁场螺旋实验)实验参数时，初始阶段Berk-Breizman不稳定性激发时，扰动分布函数呈爆炸性振荡，且波频率移位不存在，即稳态解始终存在于该模式下。在恢复稳定性的过程中，能源粒子与波能量的交换伴随波幅的变化。随着Krook算子增加(从0.1增至1)，电场饱和水平和不稳定性增强。此外，高功率螺旋装置中初始EEDF(电子能量分布函数)的扰动更大，因而波动与能源粒子之间的能量交换更为强烈。此外，Berk-Breizman不稳定性影响基体等离子体的密度和通量，且随着Krook算子增加而增大。Berk-Breizman不稳定性对旋转等离子体的影响约为 stationary等离子体的影响大一个数量级。这一发现为Berk-Breizman不稳定性在螺旋等离子体中的完整图景提供了完整描述，对在螺旋源中实现高效和安全的应用具有重要意义，例如利用螺旋源进行高功率太空等离子体推进和等离子体材料相互作用。
引用
@article{arxiv.2506.13321,
title = {The bump-on-tail instability excited by energetic electrons in helicon plasma},
author = {Shi-Jie Zhang and Dong Jing and Lei Chang and Kai-Jun Fu and Chao Wang and Zi-Chen Kan and Ye Tao and Jing-Jing Ma and Ji-Kai Sun and Ding-Zhou Li and Ilya Zadiriev and Elena Kralkina and Shin-Jae You},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.13321},
year = {2025}
}