高比压等离子体中的微观漂移不稳定性

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高比压等离子体中的微观漂移不稳定性是等离子体理论研究中的前沿课题之一,它对于理解等离子体的基本行为,对于先进磁约束聚变研究和空间物理研究都有着重要的意义。本文发展了剪切平板位形中适合任意比压的微观漂移不稳定性的动理学特征模积分方程,并对离子温度梯度(ITG)模进行了深入的研究。特征模方程包含了静电势扰动和磁场的垂直扰动和平行扰动,并且考虑了等离子体压力平衡所要求的磁场梯度的效应。模型中不仅包含了离子温度梯度,电子温度梯度(ETG),质量流平行速度剪切(PVS),垂直速度剪切(E×B剪切)和平行电流等因素,而且完整地包含了有限拉莫尔半径效应,波-粒子相互作用,粒子的热传递效应等电子和离子的低频动理学行为。对ITG模的研究表明典型参数下的ITG模并不能象小比压模型结果中所描述的那样被有限比压稳定,因为比压对模的稳定能力会随着频率的减小和比压的增大而减弱。高比压下的不稳定模对离子温度梯度和角向波长的变化的响应减弱。平行速度剪切对模的解稳定作用也在有限比压下被削弱,平行电流只是在中等比压时表现出弱的稳定作用,但磁剪切和垂直速度剪切仍然能稳定高比压下的不稳定模,而且弱的磁剪切会增强垂直速度剪切的作用。剪切方向相反( V 0 ’VE’<0)的平行剪切流和垂直剪切流共存有利于降低不稳定性,但同时改变各自的符号不会改变模的色散关系。研究还表明具有撕裂模结构的高一阶ITG模只在低比压和弱磁剪切下占优势。本文还研究了温度比和等离子体比压在稳定ITG模的过程中的相互作用。结果发现Te/Ti通常总是不稳定因素,而电子比压总是稳定因素,而离子比压的作用非常弱。非等温等离子体中比压的各种作用可以看成这三种机制互相影响的结果。由于完整地包含了离子和电子的动理学行为,本文的模型方程也可以研究ETG模,漂移阿尔芬模等不稳定模态,并且为在同一的框架内研究低频漂移不稳定性提供了平台。
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