受控核聚變是有望解決未來能源與環(huán)境問題的有效途徑之一,而磁約束聚變裝置托卡馬克是實現(xiàn)這一目標的重要研究方向。在托卡馬克裝置中,撕裂模不穩(wěn)定性是最危險的磁流體不穩(wěn)定性之一。其由平衡電流梯度驅動,能夠改變磁場拓撲結構,通過磁場重聯(lián)形成磁島,增強橫越磁場方向的輸運,降低粒子與能量約束水平,最終導致等離子體約束的失敗。因此研究撕裂模的物理機制,對探索托卡馬克穩(wěn)態(tài)運行方法具有重要意義。在高溫磁約束等離子體中,抗磁漂移運動對撕裂模的影響十分顯著。當垂直于磁場方向的平衡壓強梯度引起的抗磁漂移頻率大小與電阻撕裂模的增長率可比時,漂移波與撕裂模發(fā)生耦合,導致其增長率明顯降低并且產生一個約等于抗磁漂移頻率的實頻,耦合后的模被稱為漂移撕裂模。通過使用回旋動理學環(huán)向代碼（GTC）,我們首先采用流體模型成功模擬了柱位形下的電阻撕裂模（m=2,n=1）,其中m和n分別表示極向和環(huán)向模數;得到了電阻撕裂模增長率與等離子體比壓β的變化關系,與理論結果定量上吻合;然后在此基礎上,通過在平行方向電子力平衡方程中引入平衡壓強梯度項,得到研究漂移撕裂模的流體模型;采用此模型進行數值模擬得到了漂移撕裂模的模結構與復頻率,發(fā)現(xiàn)了... 

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圖１．１丨ＴＥＲ裝置示意圖《圖片來自網絡）??其中，２０世紀６０年代出現(xiàn)的托卡馬克環(huán)形磁約束裝置很快被認為是最有前??

起，而發(fā)生自發(fā)或??被迫的斷開和重新聯(lián)接的過程，形成磁島，這一過程稱為磁場重聯(lián)＞６］。在新的??磁面拓撲結構中，等離子體可以滑離原本的磁力線，從而可能使磁場達到更低的??能態(tài)。磁場能量的釋放轉化為了等離子體的動能和熱能，引入了新的非理想磁流??體條件下的不穩(wěn)定性。由平衡電流驅動，并受有限電阻率影響而產生的一類磁場??重聯(lián)并形成磁島的不穩(wěn)定過程，稱為電阻撕裂模不穩(wěn)定性。它會增強橫越磁場方??向的能量輸運并降低約束水平，最終形成破裂。??Ｖ?￥?ｖ??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）??圖１．２磁場重聯(lián)過程示意圖Ｗ??磁場重聯(lián)的過程如圖１．２所示，初始狀態(tài)的兩條方向相反的磁力線由于擾動??等原因發(fā)生相互靠近（圖ａ）；在兩根磁力線中間形成了一個磁場梯度很大的狹窄??的擴散區(qū)（圖ｂ）；之后在這一區(qū)域內由于某種擴散機制或其它原因兩根磁力線發(fā)??生斷裂和重新聯(lián)接的過程，最終使Ａ連接到了?Ｃ，最終形成了兩條新的磁力線??（圖ｃ）。這一過程的時間尺度通常比電阻擴散時間要快。磁力線重新聯(lián)接后處于??高度彎曲狀態(tài)，通過磁張力加速等離子體，能夠迅速地將磁能轉化為等離子體的??動能和熱能。??３??

?第１章緒?論???Ｂｙ（Ｘ）???＾………－Ｂ〇??圖１．３平板位形下的平衡剪切磁場丨５丨??＾?＋?（ｕ?．▽）�。�?＝?（１．１３）??０／??假設等離子體是不可壓縮的，引入流函數０（Ｘ，ｙ）滿足：??ｕ?＝?Ｖ０?ｘ?ｅｚ，?（１．１４）??同時忽略粘滯項、熱傳導和外力，可以寫出運動方程：??ｐ＾－＼２（ｆ）?＝?－ｅｚ?？?［Ｖ＾?ｘ?Ｖ（Ｖ?Ｖ）］９?（１．１５）??ａｔ??假設磁通函數和流函數的線性擾動隨時間變化符合，的形式，它們的一階展開??表達式為：??｜／／（Ｘ，ｙ）?＝?！／／〇〇０?＋?妁（ｘ）ｃｏｓ（ｆｃｙ），?（１．１６）??４＞（ｘ，ｙ）?＝?－＾－＾，（ｘ）ｓｉｎ（ｆｃｙ），?（１?＿?１７）??Ｋｒ＞??圖１．４展示了磁通函數等高線即磁面的分布，圖中可以看到一串磁島。磁島寬度??為：?ｍ??Ｗ?＝?Ａ｛－＾）Ｕ２－?（Ｌ，８）??６??


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