磁约束等离子体中磁岛与离子尺度电磁湍流之间的非线性相互作用的数值模拟研究

Multi-scale interaction, which plays an extremely role in MHD equilibrium, stability and plasmas transports, is one of the key physical problems in magnetic confined fusion plasmas. Aiming to understand the mechanisms of multi-scale interactions, this project plans to study the interactions between magnetic island and ion scale electromagnetic turbulence and their effects on plasmas transports by using parallel gyro-fluid code. Combined with experiment observations, we will study the influences of magnetic island with different saturated state on excitations、nonlinear saturations and anomalous transports of electromagnetic ion temperature gradient turbulences. We will also study the changes of critical value, saturated level and vortex structure for magnetic bifurcation phenomenon. The mechanisms of these interactions will be studied as well, to offer theoretical suggestions and predictions for experiments related to magnetic island and transports.

等离子体多时空尺度相互作用是磁约束聚变核心物理问题之一，在宏观磁流体平衡和稳定性、等离子体输运方面都起着极其重要的作用。为了理解多尺度相互作用中的物理机理，本项目拟采用并行回旋流体程序，紧密结合实验，研究磁岛与离子尺度电磁湍流相互作用及相关等离子体反常输运：结合实验观测，研究不同磁岛饱和态对电磁ITG不稳定性的激发、非线性饱和幅值以及反常输运的影响；研究ITG存在情况下，对比磁岛饱和态分叉现象的阈值、饱和幅值以及涡旋流结构的变化情况，并与实验观测作对比；深入理解这些多尺度相互作用过程中的相关物理机理，为理解实验中磁岛对输运影响提过理论参考和预测。

多尺度相互作用在磁流体平衡、稳定性和等离子体输运方面扮演了重要的作用，它是磁约束等聚变离子体中一个关键的物理问题。为了理解多尺度相互作用的物理机制，这个项目采用并行的回旋流体程序，研究了磁岛与离子尺度电磁湍流之间的相互作用和他们对等离子体输运的影响。. 首先，通过这个项目我们发现了宽磁岛能够导致磁岛内部流结构模式的分叉，在磁岛内部形成一个大尺度的涡旋流，并且我们确认了其中的物理机制——一种宽磁岛引起的次级不稳定性。这个次级不稳定性的本征结构的宇称与撕裂模的完全相反，其产生了带状流也完全不同。我们得到了并分析了引发这种分叉现象的关键阈值。这些结果为理解空间和实验等离子体中复杂的物理事件提供了一种基础理解。. 其次，我们还发现了新经典双撕裂模的爆发现象能够被抗磁漂移流抑制，并且通过数值的方法详细地研究了抑制爆发的阈值与相关参数的关系。我们发现随着有理面之间的距离增加，抑制爆发的阈值会随之减小，如果增大靴带电流的份额大小，抑制爆发的阈值会变大。除此之外，我们还分析了粘滞和电阻率对阈值的影响。. 这两个工作都发表在本领域的核心期刊上。