托卡马克中平行感应电场对等离子体转动的影响的研究以及等离子体转动的数值分析

本项目主要是研究托卡马克中平行感应电场对主离子和杂质离子的极向转动以及环向转动的影响，以及发展一套用于分析托卡马克中等离子体转动的数值工具。基于我们已建立的关于托卡马克中平行感应电场对主离子和杂质离子的极向转动的影响的理论模型，进一步考虑托卡马克中平行感应电场对主离子和杂质离子的环向转动的影响；基于建立的理论模型和发展的数值工具，开发一套用于分析托卡马克中等离子体转动的数值工具；对大科学装置EAST的实验数据进行分析，分析EAST上等离子体转动的产生机制，为EAST开展相关的物理实验提供理论参考和数值分析工具。

开发了托卡马克中等离子体转动数值分析程序，并利用此程序做了以下的研究：.（1）开展了托卡马克中平行感应电场对离子间环向转动速度差别的影响的研究。平行电场使主离子向同电流方向转动，使杂质离子向反电流方向转动，不同杂质由于Z的不同导致平行感应电场对其的作用大小不同，感应电场对主离子与杂质离子间以及杂质离子之间的环向转速差别有贡献，尤其在等离子体密度梯度和温度梯度较小的径向位置，平行电场的作用不可忽略，尽管对等离子体总动量没有贡献；.（2）分析了托卡马克中低杂波注入情况下等离子体的转动,数值模拟了Alcator C-Mod托卡马克装置上观察到的低杂波驱动反电流方向的等离子体转动的现象，模拟结果与实验结果符合的很好；.（3）研究了托卡马克中低杂波注入情况下低杂波与感应电场对杂质离子环向转动的共同作用，我们的研究发现，在较高等离子体电流情况下，感应电场的作用可以忽略，主要还是低杂波驱动杂质离子的反电流方向的转动；在较低等离子体电流情况下，感应电场的作用不可忽略，低杂波驱动杂质离子的反电流方向的转动的作用被大大削弱。.研究了托卡马克边界离子轨道损失导致的等离子体转动，改正了Stacey等人计算最小损失能量的错误算法。我们可以计算由于离子轨道损失导致的同电流方向的主离子氘的磁面平均的平行转动速度，发现主离子氘的磁面平均的平行转动速度在最外面封闭磁面以内达到最大值，这与边界动力学模拟以及DIII-D托卡马克装置上观察到的实验现象是一致的。