利用局部回旋动理学代码研究托卡马克中的全局ITG模

在本文中，通过结合局部回旋动理学代码GS2的局部结果与解析理论，获得了托卡马克等离子体中线性离子温度梯度(ITG)模的全局模结构。使用GS2进行局部回旋动理学计算，针对一系列径向通量面 ${x}$ 和气球相角 ${p}$，以画出单环向模数 ${n}$ 下的局部复模频率 ${\Omega_{0}(x,p)=\omega_{0}(x,p)+i\gamma_{0}(x,p)}$。将 ${\Omega_{0}}$ 在 ${x=0}$ 处泰勒展开，并采用傅里叶-气球表示，得到振幅包络 ${A\left(p\right)}$ 的二阶ODE，其描述了局部结果如何组合形成全局模。我们采用所谓的CYCLONE基例用于圆形Miller平衡模型。假设 ${a/L_{T}}$ 和 ${a/L_{n}}$ 的径向变化剖面在 ${x=0}$ 处峰值，且所有其他平衡剖面保持恒定，发现 ${\Omega_{0}(x,p)}$ 存在一个驻点。重建的全局模位于托卡马克的外侧中平面，其全局增长率 ${\gamma\sim}$Max${\left[\gamma_{0}\right]}$。包含安全因子和磁剪切等其他平衡剖面的径向变化，会导致模在偏离外侧中平面的位置达到峰值，且全局增长率降低。最后，通过引入多普勒频移 ${\omega_{0} \rightarrow \omega_{0} - n\Omega_{\phi}^{\prime} x}$（其中 ${\Omega_{\phi}}$ 为平衡环向流，撇号表示径向导数）也研究了环向流剪切的影响。平衡剖面的变化关于 ${\Omega_{\phi}^{\prime}}$ 的符号给全局增长率谱引入了不对称性，使得最大增长率在非零剪切下实现，这与最近的全局回旋动理学计算结果一致。