托卡马克等离子体约束改善机理的理论和模拟研究

This project aims to the theoretical and simulation research on the confinement improvement of tokamak plasmas. Based on our NLT (nonlinear ITG turbulence simulation) code, we shall study in the developement process of the ITG turbulece the effects of the turbulent energy flux, toroidal Reynolds stress, poloidal Reynolds stress on the generation of radial electric field. We shall study this problem in the case with external driving, and analyze the neoclassical damping effects by using the theoretical and simulation gyrokinetic tools. We shall also study the mechanism of transport barrier formation, by analysing the effects of zonal flows and mean flows on the saturation of turbulence.

本项目开展托卡马克等离子体约束改善机制的理论和模拟研究。首先，我们将基于课题组之前发展的NLT程序（非线性离子温度梯度模回旋动力学模拟），模拟研究离子温度梯度驱动湍流发展过程中驱动径向电场的各个因素的作用，这些因素包括：湍动能流，环向雷诺协强，极向雷诺协强。其次，我们将研究有外部驱动（如动量注入等）情况下的相应问题，探索外部手段控制径向电场和约束改善的物理机制，结合理论和大规模回旋动力学数值模拟分析新经典极化效应的阻尼作用。最后，我们将结合回旋动力学数值模拟，探索输运垒形成的物理机制，分析带状流和平均流（与平衡量相联系）对湍流的影响，特别是分析湍流饱和过程中其特征的变化。

本项目围绕托卡马克约束改善机理开展理论和模拟研究工作。本项目将已有的非线性回旋动力学程序NLT升级，使其能够模拟包含磁轴区域的问题；发现了离子温度梯度湍流饱和过程中的子气球模分裂现象以及非线性频率啁啾；通过模拟证实了带状流非线性驱动中湍动能流的作用；首次得到了系统地计算非线性回旋动力学速度矩的方法；提出了自发转动的轨道拓扑跃迁机制。