核心概念
新古典撕裂模 (NTM) 即使在低振幅下也能夠顯著影響托卡馬克中α粒子的傳輸,這突出了非線性研究對於全面理解這種現象的重要性。
摘要
文獻回顧
- 近期的研究探討了粒子在共振附近的動力學理論,並應用於電漿物理學和星系動力學。
- 托卡馬克中傳遞高能粒子和新古典撕裂模 (NTM) 之間的共振是一個較少被探討的領域。
- 實驗觀察到 NTM 會產生顯著的高能粒子傳輸。
研究目標
本文旨在推導傳遞α粒子通過 NTM 的擬線性理論,並探討 NTM 如何成為托卡馬克中傳遞α粒子傳輸的重要來源。
托卡馬克平衡和 NTM 微擾
- 本文首先描述了發生α粒子傳輸的托卡馬克磁平衡。
- 接著描述了修改此平衡的 NTM 微擾。
- NTM 是一種電阻驅動的不穩定性,它在合理表面 ψ = ψs 處引入向量勢的微擾。
擬線性公式的發展
- 由於 NTM 微擾的徑向尺度遠大於α迴旋半徑,因此可以使用漂移動力學方程式來研究α粒子的行為。
- 本文推導了用於研究α粒子群體的擬線性方程式系統。
電漿對微擾的響應
- 本節計算了電漿對前一節所述 NTM 微擾的響應。
- 對於捕獲粒子,其軌跡在 ϑ 中橫越一條封閉路徑,因此響應消失。
- 對於傳遞粒子,當存在共振時,會有顯著的響應。
通量的評估
- 本節展示瞭如何使用前一節推導的α分佈微擾 f1 來獲得所得的α能量通量。
- 本文推導了α粒子能量通量的表達式,並討論了該表達式的關鍵部分。
結論和討論
- 本文評估了托卡馬克中新古典撕裂模引起的α粒子的擬線性傳輸。
- 研究結果表明,即使在低模態振幅下,這種傳輸也可能很顯著,這表明它可能會影響下一代設備的物理特性。
- 本研究的主要限制在於它沒有考慮非線性物理學,而這在實際上對於電漿實驗中可能遇到的真實新古典撕裂模很重要。
統計資料
托卡馬克中的捕獲粒子比例約為 √ϵ,其中 ϵ 是逆縱橫比。
香蕉軌道的寬度約為 wb ∼ B√ϵρ/Bp,其中 ρ 是迴旋半徑,Bp 是極向磁場。
引導電流約為 jb ∼ -ϵ^(1/2)(dp/dr)/Bp,其中 p 是壓力,Bp 是極向磁場。
新古典撕裂模飽和島寬 wsat 由 ∆'(wsat) = -αpq√ϵβp/wsat 定義,其中 ∆' 是撕裂模指數,αpq 是一個通常為正的值,βp 是極向β。
引述
"Experimentally, NTMs are seen to produce significant energetic particle transport (Mynick 1993; García-Muñoz et al. 2007; Heidbrink et al. 2018)."
"Resonance causes alpha particle transport which can deplete the slowing down distribution at even low mode amplitudes."
"These results show that concern for NTM-driven alpha transport loss is well-founded as (5.17) implies even a very small NTM amplitude can lead to substantial alpha particle energy loss."