在能源危機逐漸凸顯的今天,可控的核聚變能因其儲量大、安全清潔等特點,成為人類研究開發(fā)替代能源的重要方向。以托卡馬克為代表的磁約束裝置被看作是最具有希望實現(xiàn)這一目標的重要途徑。在托卡馬克中,撕裂模(新經(jīng)典撕裂模)不穩(wěn)定性,能改變磁場拓撲結構,破壞磁場凍結效應,從而影響粒子和能量約束,最終引起穩(wěn)態(tài)運行的崩塌,被看成是最危險的不穩(wěn)定性之一。撕裂模(新經(jīng)典撕裂模)不穩(wěn)定性本身,又受到微觀湍流、新經(jīng)典輸運、宏觀磁流體力學不穩(wěn)定性和快離子輸運等一系列物理機制的綜合影響。由于其多時空尺度多過程的特點,理論研究非常困難,從第一性原理出發(fā)的集成自洽模擬,成為重要的研究手段。在此目標前提下,我們開展了撕裂模的模擬,靜態(tài)磁島的模擬等一系列階段性研究工作。首先,我們回顧了回旋動理學的理論,并簡要介紹了基于回旋動理學理論發(fā)展起來的回旋動理學環(huán)向程序(GTC)。在GTC程序的電磁理論模型中,采用的混合模型天然地去掉了產(chǎn)生撕裂模的物理機制。我們利用平行方向的電子力平衡方程將其重新囊括并導出新的理論模型,并基于此編寫了相關功能擴展代碼并調(diào)試編譯通過。之后,我們運用了最新開發(fā)的大型并行particle-in-cell ...

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖1.1ITER示意圖

???第一章緒論???聚變（Ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ?ｆｕｓｉｏｎ）。慣性約束是利用粒子自身慣性，在其相互飛尚之則，??迅速將燃料加熱壓縮到聚變條件，從而實現(xiàn)核聚變，目前以激光驅(qū)動最有前景。磁約束聚變??是利用強磁場將高溫低密度燃料約束足夠長時間，從而實現(xiàn)核聚變反....

圖１．３所７Ｋ，在整個ｘ－ｙ平面內(nèi)，??存在ｙ方向的平衡磁場，該磁場具有ｘ方向的梯度，并在原點處反轉方向

ｉ??ＭＪ：??圖１．２礎島７Ｋ意圖??ｋｐ??；?！??Ｔ?Ｉ?＼?ｊ??ｌＢ？ｙ?１％?Ｗ??＂ｄ）?ＷＣ＂??Ｊ８�。�?￣７＜??Ｉ?．?｜??Ｈ￣Ｌｏｙｅｒ?—??圖１．３線性撕裂模的一階場和流的特性??４??

圖1.4x型中性點處的磁場重聯(lián)

方向（紙面向外）的擾動電場，由于有限電阻的存在，改擾動電場可以產(chǎn)生一個ｚ方向擾動??電流，而該擾動電流通過洛倫茲力又可以產(chǎn)生ｘ方向的流（ｆｌｏｗ）。這個擾動電流和擾動流??又可以通過廣義歐姆定律產(chǎn)生新的ｚ方向的擾動電場，進而感應出新的擾動磁場Ｂ＇ｌｘ，如果??Ｂ＇ｌｘ隨時間增加，....

圖２．１等離子體的時間和空間尺度??回旋動理學用回旋定標尺：??

第二章ＧＴＣ概述??２．１引言??在托卡馬克裝置中，等離子體存在著有很大范圍跨度的時間和空間尺度，如圖２．１所示，??電流擴散時間與電子回旋時間相差了?１１個數(shù)量級，德拜長度與平行方向輸運的特征長度也??相差了將近８個數(shù)量級。以單粒子為例，在托卡馬克中就有可能存在以下幾種尺度的運....

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