在有磁岛的磁场位型中离子温度梯度模物理特性的理论研究

在托卡马克等离子体中，产生宏观尺度磁岛的过程几乎是不可避免的。磁岛将破坏平衡磁面，因此会影响等离子体输运水平。这种输运特性不能用传统的（无磁岛）理论来解释和预测。本项目拟采用理论和数值模拟的方法来研究在具有磁岛的磁场位型下离子温度梯度（Ion Temperature Gradient,ITG）模的物理特性。全面研究磁岛影响ITG模线性激发的物理特征；重点研究ITG模非线性动力学特性以及相关的等离子体反常输运特性。本项目的完成将为降低等离子体输运水平和改善约束提供重要的理论依据与指导。

本项目在撕裂模磁岛和涡旋流与离子温度梯度模相互作用、无碰撞双撕裂模快速增长、阿尔芬共振抑制双撕裂模、等离子体旋转抑制双撕裂模的非线性增长、电流分布对q=1面上的高阶锯齿模（如m/n=2/2, 3/3模）激发影响等方面做出了一些创新性的工作。.(1)采用回旋流体模拟开展了磁流体撕裂模和微观湍流相互作用。研究了撕裂模产生大规模涡旋流和磁岛对离子温度梯度模的作用。详细分析了磁剪切和涡旋流对离子温度梯度模本征模增长率和模结构的影响。.(2)通过外加等离子体旋转，我们发现双撕裂模的非线性锁定存在于3个不同的区域，分别是Sweet-Parker区，Rutherford区，以及相互吸引锁定区。模拟结果很好的验证了理论分析。.(3)在圆柱几何位形近似下，我们数值求解了无碰撞约化磁流体力学模型，系统的研究了无碰撞多撕裂模线性阶段的定标关系以及无碰撞项对第二个不稳定性分支的影响。.(4)数值研究了等离子体旋转对DTM不稳定性的影响。发现外有理面的撕裂模不稳定性会引起内有理面两侧阿尔芬共振电流片的产生，抑制上撕裂模的增长，从而解耦DTM。并且系统的分析旋转剖面对AR诱导的双撕裂模自抑制现象的影响。