托克马克等离子体中的双撕裂模研究

双撕裂模不稳定性是先进托卡马克运行面临的重要研究课题。本项目拟结合HL-2A的物理实验，对托克马克等离子体中由包括电阻和电子粘滞性的引起的双撕裂模开展理论和数值模拟研究，重点研究模式发展中磁岛的饱和机制、各种动理学效应包括高能量粒子对撕裂模不稳定性的影响，将磁流体方程与能量方程耦合，采用尽可能接近实验真实的磁流体平衡安全因子分布和温度分布，对HL-2A物理实验中观察到的锯齿震荡等物理现象做模拟和解释。力求建立较完整的有自己的知识产权的研究撕裂模的数值代码，填补国内这一块空白。

实验发现，托卡马克等离子体中的准稳小幅度电磁扰动会导致电子平行粘滞性的反常增大。因此，研究由反常电子粘滞性引起的双撕裂模对先进托克马克运行有重要意义。本项目推导了直圆柱位形下包括电子粘滞性的磁流体方程组，开发了相应的计算机程序，数值研究了直圆柱位形中由反常电子粘滞性引起的双撕裂模的线性和非线性特征。同时研究了托卡马克陡峭边缘台基区的扭曲模，给出了模式结构和增长率，提供了几种边缘局域模的控制方法。我们也关注了高能量粒子，研究了由捕获高能电子驱动的类鱼骨模的特性，考虑了模型径向剖面和高能电子的螺旋角分布；分析了HL-2A实验上发现的由高能捕获电子激发的鱼骨模；此外，数值研究了在低beta托卡马克等离子体中，由高能粒子激发的动力电磁测地声模。项目对下一代磁约束热核聚变装置（如ITER）的实验研究具有理论和实践指导意义。