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在未来燃烧等离子体中,氘氚聚变反应产生的α粒子将被用于维持等离子体的自持燃烧。具有3.5MeV初始能量的α粒子在慢化过程中,将通过波-粒共振激发阿尔芬不稳定性,被激发的阿尔芬不稳定性反过来会导致α粒子的径向输运,这将严重制约α粒子对等离子体的加热效率,降低等离子体的约束性能,损失的高能量粒子甚至会直接损坏装置第一壁。此外,在聚变堆中还存在着数十兆瓦的离子/电子辅助加热,这些高功率辅助加热将产生数量可观的高能量离子和高能量电子,这将进一步加剧阿尔芬不稳定性对等离子体约束的破坏。因此,理解并最终主动控制由α粒子及其它高能量粒子激发的阿尔芬不稳定性是聚变等离子体研究中一个非常重要的课题。在过去二三十年,高能量粒子相关的研究更多地集中在由中性束和离子回旋共振加热产生的高能量离子,对于高能量电子激发的阿尔芬不稳定性,相关的研究并不多。实际上,对高能量电子的研究是十分有必要的,除了可以解释目前实验上观测到的高能量电子激发的各类阿尔芬本征模,还有助于理解未来燃烧等离子体中捕获α粒子的行为。考虑到等离子体中不同的径向位置都有可能激发起阿尔芬本征模,空间局域且使用灵活的电子回旋波可能会在主动控制阿尔芬本征模时变得非常有优势;另一方面,电子回旋波对阿尔芬本征模的影响又非常复杂,很多机制并不清楚,其中就包括电子回旋波产生的高能量电子对主动控制的影响。在本文中,使用新开发的高能量电子版本的MEGA程序,研究了高能量电子驱动的阿尔芬本征模的线性特征、驱动机制以及非线性饱和幅值等问题;该版本的MEGA可以同时包含高能量离子和高能量电子,因此本文还研究了高能量电子对高能量离子驱动的阿尔芬本征模的影响。本文具体内容包括:第一,数值模拟研究了高能量电子驱动的环向阿尔芬本征模(toroidal Alfven eigenmode,TAE)和椭圆阿尔芬本征模(ellipticity-induced Alfven eigenmode,EAE),这些阿尔芬本征模由高能量电子的密度梯度驱动;使用新开发的粒子相空间跟踪模块,定量地分析了不同相空间位置的高能量电子在激发TAE、EAE过程中的波-粒共振及能量转移。首先,采用在轴分布的高能量电子比压剖面(高能量电子径向分布中心与磁轴重合),成功地激发了沿电子抗磁性漂移方向传播的TAE;通过分析发现,深度捕获的高能量电子通过进动共振对模式的激发起了主导作用,还发现少量位于有理面附近的通行高能量电子也可以满足波-粒共振条件并提供驱动,但进一步分析表明通行高能量电子很难主导TAE的激发,这与实验观测是一致的,即TAE可以由电子回旋共振加热激发,而无法通过电子回旋电流驱动激发。另外,还研究了高能量电子驱动的EAE。采用离轴分布的高能量电子比压剖面(高能量电子径向分布中心与磁轴不重合)以及较为平坦的安全因子剖面,成功地在高能量电子正密度梯度区域激发了沿离子抗磁性漂移方向传播的EAE;被激发的EAE模频率位于第二阿尔芬频率间隙(EAE间隙)附近;波-粒共振分析的结果表明,通行高能量电子和弱捕获高能量电子驱动着该EAE。第二,在高能量电子驱动TAE线性研究的基础上,开展了高能量电子/高能量离子驱动TAE的非线性模拟研究,讨论了 TAE的非线性饱和幅值问题。通过比较不同高能量电子/高能量离子密度分布、速度空间分布对TAE饱和幅值的影响(所有算例在相同线性增长率的前提下比较非线性饱和幅值大小),发现不同速度分布的高能量电子驱动的TAE饱和幅值很接近;此外,还研究了不同展宽宽度的高能量电子比压剖面对TAE饱和幅值的影响,发现离轴分布的展宽较窄的高能量电子驱动的TAE饱和幅值要明显小于在轴分布的展宽较宽的高能量电子驱动的TAE;对于高能量离子驱动的TAE,发现捕获高能量离子驱动的TAE饱和幅值要明显高于通行高能量离子驱动的TAE,该结果表明通行高能量离子和捕获高能量离子在非线性波-粒相互作用时存在着明显差异。第三,讨论了在轴、离轴分布的高能量电子对高能量离子驱动TAE的影响。模拟结果显示,在轴分布的高能量电子对TAE稳定性的影响很小,并不能有效地抑制TAE;而对于离轴分布的高能量电子,当高能量电子沉积在TAE中心区域时能有效地抑制TAE;抑制前后模频率和系统的耗散率并没有显著变化,但径向模结构变得更加局域;进一步分析高能量电子与TAE相互作用后,发现高能量电子和TAE之间没有明显的能量转移,只有极少数弱捕获高能量电子和通行高能量电子可以与TAE共振;另一方面,当仅保留高能量电子压强剖面影响时,也得到了相似的抑制效果。所以,高能量电子对高能量离子驱动TAE的致稳主要通过高能量电子空间局域的压强剖面实现。另外,还比较了高能量电子对具有不同环向模数TAE的抑制效果,发现对于较高环向模数的TAE抑制效果很好;对于非常低的环向模数(n=1,2),抑制效果比较弱。此外,当改变高能量电子压强剖面的径向位置时,发现正(负)压强梯度可以增大(减小)TAE频率。本博士论文分析了高能量电子驱动的阿尔芬本征模的线性特性、激发机制以及非线性饱和幅值问题,结果有助于理解实验上在低杂波加热、电子回旋共振加热等情况下观测到的阿尔芬本征模现象;本文还研究了高能量电子对高能量离子驱动TAE的影响,发现沉积在TAE中心附近的高能量电子可以有效地抑制TAE,结果有助于实验上更好地利用电子回旋波开展阿尔芬本征模主动控制研究。