低雜波入射磁化等離子體的數(shù)值模擬研究.pdf

1、低雜波加熱和電流驅動是實現(xiàn)磁約束核聚變的重要手段之一。在一些托卡馬克裝置上開展的實驗發(fā)現(xiàn)，即便在滿足可近性條件的情況下，低雜波仍無法傳播到線性理論預測的高密度等離子體區(qū)域，同時電流驅動效率也快速下降。理論與實驗的研究結果表明：波與等離子體之間的非線性相互作用——參量衰變不穩(wěn)定性被認為是可能導致這種密度閾值問題的重要原因。目前的理論研究只是針對均勻等離子體參數(shù)分布下的線性穩(wěn)定性分析，而對于非均勻等離子體中的低雜波耦合與傳播過程，基于時域有

2、限差分和麥考馬克方法的全波數(shù)值模擬是一種可行的研究方法。該方法可以同時給出波與等離子體作用的線性過程和非線性過程，并可以提供與理論和實驗相符的全時空物理圖像。
　　本文根據(jù)雙流體物理模型和平板計算模型，引入了時域有限差分和麥考馬克方法相結合的數(shù)值算法，并在此基礎上開發(fā)了并行計算程序。本文的線性全波數(shù)值計算結果再現(xiàn)了低雜波在等離子中傳播的色散關系以及快慢波模轉換的物理過程，這與解析解的結果吻合較好，從而說明數(shù)值結果的可靠性。采用全波

3、數(shù)值模擬的參量衰變不穩(wěn)定性計算結果表明，在刮削層密度較低區(qū)域低雜波會發(fā)生明顯的參量不穩(wěn)定性。低雜泵波衰變?yōu)榈皖l離子聲波和邊頻低雜波，同時該參量衰變過程的發(fā)生引起泵波的譜展寬。此外，等離子體溫度的提高對該參量衰變過程起到了明顯的抑制作用。這與R.Cesario等人的實驗和線性分析理論研究結果相一致。當采用不同的參數(shù)區(qū)間時，全波數(shù)值計算結果還顯示，在滿足低雜波雙等離子體共振衰變的區(qū)域，低雜波會發(fā)生雙等離子體衰變，低雜泵波衰變?yōu)閮芍ьl率幾乎為