低杂波加热的全波解TORIC数值模拟以及动理论GeFi粒子模拟

引进求解麦氏波方程和准线性Vlasov方程的全波解TORIC-LH程序，以及引进粒子模拟程序GeFi （针对电子的回旋动理论和针对离子的全动理论模型），研究低杂波在EAST参数等离子体中的激发、耦合、传播、吸收、电流驱动。拟用全波解程序解决以往光学近似ray-tracing程序模拟低杂波所不能解决的问题，特别是影响低杂波加热的"spectral gap"问题，以期为将来EAST中实现更高效的低杂波加热和电流驱动提供理论参考；拟用粒子模拟程序GeFi研究时间尺度为从低频MHD到低杂频段、空间尺度为电子拉摩尔半径到装置尺寸下的实验室等离子体非线性物理机制，模拟低杂波在等离子体边界的非线性耦合。

完成了射线追踪程序GENRAY、全波解程序TORLH、电流驱动程序CQL3D、粒子模拟程序GeFi的引入到EAST低杂波模拟中。利用射线追踪、全波解程序研究了环效应对于填补EAST中低杂波谱间隙的作用，分析了环效应对于EAST装置的特点以及局限性。利用全波解程序模拟了EAST装置低温度、低密度放电模式下的低杂波传播、吸收，分别在线性吸收和准线性吸收情况下，和射线追踪程序GENRAY结果进行了比较和分析。利用射线追踪、全波解、以及包含散射模型的射线追踪程序模拟分析了上一轮EAST装置中高温、高密度下的低杂波吸收，通过和实验结果的对比让我们确信全波效应以及散射效应对于实验上得到的芯部功率沉积作用很大。利用射线追踪/电流驱动耦合模型研究了EAST装置低/高密度下的低杂波传播和吸收，通过和实验的对比，发现在低密度情况下快电子径向扩散作用显著，并对快电子径向扩散系数在实验、模拟、理论三方面进行了系统分析；在高密度情况下，低杂波的碰撞损失（尤其在刮削层中）非常显著，可能是低杂波密度极限问题产生的重要原因。利用粒子模拟程序GeFi模拟了在EAST实验参数范围下的低杂波的激发、传播、模转换，和线性理论的色散关系符合较好。利用一维平板模型下全波模拟分析，发现对于密度梯度较大的情形，在低杂波快慢波模转换区域，反射率、模转换率等因子与传统理论差别较大，是传统理论的一个重要修正。通过在射线追踪程序中构造具有磁岛模型的平衡位形，研究了磁岛对于低杂波在EAST等离子体中传播、吸收的影响。