托卡马克等离子体湍流耗散研究

Turbulence dissipation in tokamak fusion palsma shall be investaged in this project. By using the infinitesimal transform and the I-transform, a recent developement in Hamiltonian Lie-perturbation theory, the effects of the fluctuating fields on particle motion can be decoupled from the effects of the mean fields, and hence the nonlinear turbulence dissipation effects can be explicitly revealed in the form of a turbulence scattering term in the nonlinear (gyrokinetic) Vlasov equation. Macroscopic transport due to the nonlinear turbulence shall be derived from the nonlinear turbulence scattering term. A 1-D Langmuir turbulence simulation shall be carried out to demonstrate the numerical application of the new theory, and to investigate the effects of nonlinear stochasticity on the turbulence saturation. The new theory shall also be applied to investigated the passive transport in tokamaks due to the drift wave turbulence.

本项目研究托卡马克磁约束等离子体中湍流的随机耗散。从非线性（回旋动力学）Vlasov方程出发，利用哈密顿微扰理论的最新进展，将I-变换与无穷小变换结合起来，从而将扰动场对粒子运动的影响与平均场效应解耦，使得动力学方程中扰动场引起的非线性湍流耗散效应可以显式地以湍流散射项的形式揭示出来。利用得到的非线性湍流散射项探索湍流引起的反常输运通量的扩散对流（pinch）机制。结合一维朗缪尔湍流的数值模拟，探索基于这一新的理论的数值模拟方法，以及随机耗散在湍流饱和过程中的作用。应用这一理论，结合数值模拟，研究托卡马克等离子体中漂移波湍流引起的被动输运。

本项目研究托卡马克磁约束等离子体中湍流的随机耗散。从非线性（回旋动力学）Vlasov 方程出发，利用哈密顿微扰理论的最新进展，将I-变换与无穷小变换结合起来，从而将扰动场对粒子运动的影响与平均场效应解耦，使得动力学方程中扰动场引起的非线性湍流耗散效应可以显式地以湍流散射项的形式揭示出来。利用得到的非线性湍流散射项探索湍流引起的反常输运通量的扩散对流（pinch）机制。结合一维朗缪尔湍流的数值模拟，探索基于这一新的理论的数值模拟方法，以及随机耗散在湍流饱和过程中的作用。应用这一理论，结合数值模拟，研究托卡马克等离子体中漂移波湍流引起的被动输运。..本项目取得了如下重要结果：.1）应用I-变换，系统地研究了ITG及随机磁场引起的反常pinch，提出了广义Stokes-Einstein关系。.2）应用I-变换，自主发展了非线性回旋动力学全域湍流大规模模拟程序NLT。.3）由第一性原理出发，导出了湍流相空间输运的Fokker-Planck方程。.4）提出了湍流能流驱动带状流的理论。