托卡马克等离子体向亚临界湍流的转变

通过针对Mega-Ampere Spherical Tokamak (MAST) 外核区条件的局部、离子尺度、静电回旋动理学模拟（包含动理学离子和电子），研究了在存在流剪切的情况下由离子温度梯度驱动的托卡马克湍流。对离子温度梯度和流剪切的局部值进行了参数扫描。证明了实验观测到的状态接近稳定性阈值，且该稳定性阈值是非线性的：剪切湍流是亚临界的，即系统对小扰动形式上是稳定的，但若给定足够大的初始扰动，它将转变为湍流状态。提出了这种转变的情景并由数值结果支持：在接近阈值处，非线性饱和态及相关的反常热输运由长寿命的相干结构主导，这些结构在区域内漂移，具有有限振幅，但不充满体积；随着系统远离阈值进入更不稳定的区域，这些结构的数量增加，直到它们重叠并出现更常规的混沌状态。虽然这似乎代表了托卡马克等离子体向湍流转变的一种新情景，但它让人联想到其他亚临界湍流系统的行为，例如管道流和开普勒磁旋转吸积流。