离子香蕉轨道宽度效应对新经典撕裂模阈值的影响

托卡马克等离子体中新经典撕裂模（NTM）不稳定性引起的磁力线重联形成的磁岛可以破坏磁面的拓扑结构，从而导致等离子体约束性能显著降低。因此，研究NTM的物理机制，掌握控制不稳定性的手段，实现有利于约束改善的放电模式并同时抑制NTM不稳定性的产生，将是磁约束聚变界未来在托卡马克物理研究上的一个重要方向。有关NTM的理论仍有许多尚未深入研究的地方，在本项工作中，我们将在一个可以包含新经典效应的新颖的二维模型下，利用动力理论和粒子模拟计算，讨论包含离子香蕉轨道宽度效应的自举电流和极化漂移对小磁岛情况下的NTM的激发阈值问题的影响。这是前人尚未研究的一个重要物理机制，希望此项工作结果可以与HL-2A实验观测结果对比，并推进人们对托卡马克等离子体中NTM现象的理解。

在托卡马克等离子体中，新经典撕裂模形成的磁岛可以破坏磁面的拓扑结构，导致约束性能显著降低。当NTM的种子磁岛的宽度接近或小于离子香蕉轨道宽度时，离子香蕉轨道宽度效应能影响其演进方程中的自举电流和新经典极化漂移项，进而决定其激发阈值。由于小磁岛情况下NTM物理机制复杂，在过去的工作中，离子香蕉轨道宽度效应对自举电流项和新经典极化漂移项的修正基本是根据经验或少量模拟计算结果获得，缺乏定量的解析或模拟结果。. 围绕定量地讨论包含离子香蕉轨道宽度效应的自举电流和新经典极化漂移电流对小磁岛情况下的NTM的激发阈值影响这一中心，课题组首先讨论了碰撞等离子体中包含离子香蕉轨道宽度效应的自举电流和新经典极化漂移电流项对小磁岛情况下的NTM演进的影响。然后通过坐标变换和离子香蕉轨道平均将三维环状位形下的动理方程简化，建立一个可以保留新经典效应的离子香蕉轨道中心坐标下的二维动理方程，利用解析推导，定量地讨论了弱碰撞等离子体中离子香蕉轨道宽度效应对NTM演进方程中新经典极化项的影响。以上工作的结果显示了当磁岛宽度较小时，离子香蕉轨道宽度效应对新经典极化项的削弱远强于对自举电流驱动项的削弱，削弱程度也远大于此前一些工作中根据经验作出的估计。同时，以保留新经典效应的离子香蕉轨道中心坐标下的2D动理方程为基础，进行了粒子模拟程序的编写和调试。此外，通过在剪切平板磁场位型下加入磁岛结构，课题组研究了磁岛作用于线性漂移波扰动时，对边缘等离子体中漂移波本征模特征得影响。. 与此前的工作不同，根据课题工作得到的结论，由于新经典极化项对NTM的致稳作用被离子香蕉轨道宽度效应极大削弱，可能不足以抵消自举电流驱动项，这说明离子香蕉轨道宽度量级的磁岛的激发阈值问题可能比此前认为的更加复杂，其它可能的致稳效应（如磁岛分界面附近的径向扩散效应）应该被仔细考虑。