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电子回旋波电流驱动(ECCD)在控制托卡马克等离子体电流和磁流体动力学不稳定方面有着极其重要的地位。电子俘获效应对以Fisch-Boozer机制占主导地位的ECCD产生重要的不利影响，ECCD归一化电流驱动效率随托卡马克等离子体径向归一化半径的增大而快速下降，使得ECCD在远离轴心(远轴)的径向区域内的电流驱动效率非常低。从电子回旋波电流驱动机制提出到现在，理论和实验研究都将Fisch-Boozer机制作为电子回旋波电流驱动的主导机制，而将Ohkawa机制视为ECCD的不利机制，且认为Ohkawa机制驱动的电流对电子回旋波驱动的总电流的贡献很小。因而缺乏对电子回旋波Ohkawa机制占优下非感应电流驱动的全面、深入研究。
本文在深入分析电子回旋波Ohkawa机制驱动电流的基础上，利用波迹方程组和反弹平均动理学方程，着重讨论电子回旋波在托卡马克等离子体远轴区域内Ohkawa电流驱动。从理论上初步解决了以电子回旋波Ohkawa机制为主导机制的有效局域非感应电流驱动的问题，在不同逆纵横比托卡马克装置远轴区域内两种电流驱动机制的电流驱动能力进行了对比研究，并发现电子回旋波与低混杂波联合电流驱动的一种新的协同效应。
首先，在绪论部分简述了本课题的研究背景与意义，综述了电子回旋波的两种电流驱动机制以及两种射频波联合电流驱动的研究进展。在第2章中，简要介绍了射频波与等离子体相互作用过程中复杂物的理论问题， 第二，利用电子回旋波Ohkawa机制，本文提出了一种在大逆纵横比托卡马克外半部局域区域内有效电流驱动的方法。分别在高电子比压的HL-2M类大逆纵横比和EAST类小逆纵横比托卡马克装置中开展了远轴Ohkawa电流驱动(OKCD)研究，提出了利用Ohkawa机制来有效驱动托卡马克远轴区域内局域非感应电流的方法。研究发现：在大逆纵横比值装置上，远轴OKCD非常有效，其驱动电流分布非常局域。Ohkawa机制可以有效驱动径向归一化半径ρ在0.62～0.85范围内的局域电流，驱动电流大小为20～32kA/MW。OKCD归一化电流驱动效率随径向归一化半径ρ的增大而增大，达到最大值后迅速下降，最大归一化电流驱动效率可达0.18；而在小逆纵横比EAST类型装置上，也可以实现远轴Ohkawa电流驱动，但由于俘获电子份额更小，其归一化电流驱动效率要小的多。这些研究结果表明，在大逆纵横比托卡马克装置上，OKCD可能是一种非常有价值的电流驱动方法，具备在远轴区域内抑制一些重要的磁流体不稳定性的潜在可能性。
第三，对OKCD和ECCD进行了系统的对比研究。在大逆纵横比托卡马克装置上，电子回旋波OKCD与ECCD的归一化电流驱动效率相差非常小，甚至OKCD的电流驱动效率更大。而在小逆纵横比装置上，ECCD的电流驱动效率比OKCD更好。通过在q=2.0共振有理面上两种电流驱动机制的对比研究，发现OKCD和ECCD都能有效控制m=2/n=1撕裂模或新经典撕裂模。结果进一步证实，在大逆纵横比托卡马克装置或局部对射频波电流驱动问题进行简化，得到耦合的反弹平均动理学方程和波迹方程组。在此基础上，简要介绍了电子回旋波和低混杂波的基本物理。
第二，利用电子回旋波Ohkawa机制，本文提出了一种在大逆纵横比托卡马克外半部局域区域内有效电流驱动的方法。分别在高电子比压的HL-2M类大逆纵横比和EAST类小逆纵横比托卡马克装置中开展了远轴Ohkawa电流驱动(OKCD)研究，提出了利用Ohkawa机制来有效驱动托卡马克远轴区域内局域非感应电流的方法。研究发现：在大逆纵横比值装置上，远轴OKCD非常有效，其驱动电流分布非常局域。Ohkawa机制可以有效驱动径向归一化半径ρ在0.62～0.85范围内的局域电流，驱动电流大小为20～32kA/MW。OKCD归一化电流驱动效率随径向归一化半径ρ的增大而增大，达到最大值后迅速下降，最大归一化电流驱动效率可达0.18；而在小逆纵横比EAST类型装置上，也可以实现远轴Ohkawa电流驱动，但由于俘获电子份额更小，其归一化电流驱动效率要小的多。这些研究结果表明，在大逆纵横比托卡马克装置上，OKCD可能是一种非常有价值的电流驱动方法，具备在远轴区域内抑制一些重要的磁流体不稳定性的潜在可能性。
第三，对OKCD和ECCD进行了系统的对比研究。在大逆纵横比托卡马克装置上，电子回旋波OKCD与ECCD的归一化电流驱动效率相差非常小，甚至OKCD的电流驱动效率更大。而在小逆纵横比装置上，ECCD的电流驱动效率比OKCD更好。通过在q=2.0共振有理面上两种电流驱动机制的对比研究，发现OKCD和ECCD都能有效控制m=2/n=1撕裂模或新经典撕裂模。结果进一步证实，在大逆纵横比托卡马克装置或局部逆纵横比足够大的径向位置上，OKCD可以替代ECCD，是一种有价值的远轴局域非感应电流驱动方法。
第四，发现电子回旋波OKCD与LHCD联合电流驱动下会存在一种新的协同效应，并总结归纳了实现这种协同效应的方法。这种协同效应可以使得托卡马克等离子体远轴OKCD的电流驱动效率提高~2.5倍。让电子回旋波加热与等离子体电流同向的平行电子，同时让低混杂波加热与等离子体电流反向的平行电子，这种新的协同效应来自于电子俘获过程和解俘获过程。OKCD将速度空间内低速度的“勉强”通行电子推入到俘获区域内(俘获过程)，变成俘获电子，LHCD将部分高速度的“勉强”俘获电子拉出俘获区域而变成通行电子(解俘获过程)，并将这些“解俘获”电子加速到更高的平行速度。
第五，利用TORAY-GA线性程序模拟计算了远轴OKCD，并与CQL3D准线性程序计算的结果进行了对比。研究发现，线性TORAY-GA程序和准线性CQL3D程序对OKCD驱动电流分布的径向位置的确定几乎完全一致，但在总驱动电流和驱动电流峰值的计算上，线性和准线性两类程序计算的结果存在显著差异。计算结果显示：在实际工程中，乘以适当的比例因子或标定因子，可利用TORAY-GA程序来实现对OKCD的快速和准确计算。
最后，对全文进行总结并提出工作展望。
本文在深入分析电子回旋波Ohkawa机制驱动电流的基础上，利用波迹方程组和反弹平均动理学方程，着重讨论电子回旋波在托卡马克等离子体远轴区域内Ohkawa电流驱动。从理论上初步解决了以电子回旋波Ohkawa机制为主导机制的有效局域非感应电流驱动的问题，在不同逆纵横比托卡马克装置远轴区域内两种电流驱动机制的电流驱动能力进行了对比研究，并发现电子回旋波与低混杂波联合电流驱动的一种新的协同效应。
首先，在绪论部分简述了本课题的研究背景与意义，综述了电子回旋波的两种电流驱动机制以及两种射频波联合电流驱动的研究进展。在第2章中，简要介绍了射频波与等离子体相互作用过程中复杂物的理论问题， 第二，利用电子回旋波Ohkawa机制，本文提出了一种在大逆纵横比托卡马克外半部局域区域内有效电流驱动的方法。分别在高电子比压的HL-2M类大逆纵横比和EAST类小逆纵横比托卡马克装置中开展了远轴Ohkawa电流驱动(OKCD)研究，提出了利用Ohkawa机制来有效驱动托卡马克远轴区域内局域非感应电流的方法。研究发现：在大逆纵横比值装置上，远轴OKCD非常有效，其驱动电流分布非常局域。Ohkawa机制可以有效驱动径向归一化半径ρ在0.62～0.85范围内的局域电流，驱动电流大小为20～32kA/MW。OKCD归一化电流驱动效率随径向归一化半径ρ的增大而增大，达到最大值后迅速下降，最大归一化电流驱动效率可达0.18；而在小逆纵横比EAST类型装置上，也可以实现远轴Ohkawa电流驱动，但由于俘获电子份额更小，其归一化电流驱动效率要小的多。这些研究结果表明，在大逆纵横比托卡马克装置上，OKCD可能是一种非常有价值的电流驱动方法，具备在远轴区域内抑制一些重要的磁流体不稳定性的潜在可能性。
第三，对OKCD和ECCD进行了系统的对比研究。在大逆纵横比托卡马克装置上，电子回旋波OKCD与ECCD的归一化电流驱动效率相差非常小，甚至OKCD的电流驱动效率更大。而在小逆纵横比装置上，ECCD的电流驱动效率比OKCD更好。通过在q=2.0共振有理面上两种电流驱动机制的对比研究，发现OKCD和ECCD都能有效控制m=2/n=1撕裂模或新经典撕裂模。结果进一步证实，在大逆纵横比托卡马克装置或局部对射频波电流驱动问题进行简化，得到耦合的反弹平均动理学方程和波迹方程组。在此基础上，简要介绍了电子回旋波和低混杂波的基本物理。
第二，利用电子回旋波Ohkawa机制，本文提出了一种在大逆纵横比托卡马克外半部局域区域内有效电流驱动的方法。分别在高电子比压的HL-2M类大逆纵横比和EAST类小逆纵横比托卡马克装置中开展了远轴Ohkawa电流驱动(OKCD)研究，提出了利用Ohkawa机制来有效驱动托卡马克远轴区域内局域非感应电流的方法。研究发现：在大逆纵横比值装置上，远轴OKCD非常有效，其驱动电流分布非常局域。Ohkawa机制可以有效驱动径向归一化半径ρ在0.62～0.85范围内的局域电流，驱动电流大小为20～32kA/MW。OKCD归一化电流驱动效率随径向归一化半径ρ的增大而增大，达到最大值后迅速下降，最大归一化电流驱动效率可达0.18；而在小逆纵横比EAST类型装置上，也可以实现远轴Ohkawa电流驱动，但由于俘获电子份额更小，其归一化电流驱动效率要小的多。这些研究结果表明，在大逆纵横比托卡马克装置上，OKCD可能是一种非常有价值的电流驱动方法，具备在远轴区域内抑制一些重要的磁流体不稳定性的潜在可能性。
第三，对OKCD和ECCD进行了系统的对比研究。在大逆纵横比托卡马克装置上，电子回旋波OKCD与ECCD的归一化电流驱动效率相差非常小，甚至OKCD的电流驱动效率更大。而在小逆纵横比装置上，ECCD的电流驱动效率比OKCD更好。通过在q=2.0共振有理面上两种电流驱动机制的对比研究，发现OKCD和ECCD都能有效控制m=2/n=1撕裂模或新经典撕裂模。结果进一步证实，在大逆纵横比托卡马克装置或局部逆纵横比足够大的径向位置上，OKCD可以替代ECCD，是一种有价值的远轴局域非感应电流驱动方法。
第四，发现电子回旋波OKCD与LHCD联合电流驱动下会存在一种新的协同效应，并总结归纳了实现这种协同效应的方法。这种协同效应可以使得托卡马克等离子体远轴OKCD的电流驱动效率提高~2.5倍。让电子回旋波加热与等离子体电流同向的平行电子，同时让低混杂波加热与等离子体电流反向的平行电子，这种新的协同效应来自于电子俘获过程和解俘获过程。OKCD将速度空间内低速度的“勉强”通行电子推入到俘获区域内(俘获过程)，变成俘获电子，LHCD将部分高速度的“勉强”俘获电子拉出俘获区域而变成通行电子(解俘获过程)，并将这些“解俘获”电子加速到更高的平行速度。
第五，利用TORAY-GA线性程序模拟计算了远轴OKCD，并与CQL3D准线性程序计算的结果进行了对比。研究发现，线性TORAY-GA程序和准线性CQL3D程序对OKCD驱动电流分布的径向位置的确定几乎完全一致，但在总驱动电流和驱动电流峰值的计算上，线性和准线性两类程序计算的结果存在显著差异。计算结果显示：在实际工程中，乘以适当的比例因子或标定因子，可利用TORAY-GA程序来实现对OKCD的快速和准确计算。
最后，对全文进行总结并提出工作展望。