计算物理 ›› 2023, Vol. 40 ›› Issue (3): 291-300.DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8565
收稿日期:
2022-05-23
出版日期:
2023-05-25
发布日期:
2023-07-22
作者简介:
徐敬坤(1998—),男,硕士研究生,研究方向为计算机模拟和高能粒子激发鱼骨模不稳定性研究,E-mail: xujingkunnn@163.com
基金资助:
Jingkun XU1(), Weihua WANG2
Received:
2022-05-23
Online:
2023-05-25
Published:
2023-07-22
摘要:
用磁流体动理学混合模拟程序M3D-K研究反剪切安全因子剖面下的非共振鱼骨模不稳定性。非共振鱼骨模指的是qmin略大于1的反剪切安全因子剖面下高能粒子激发的鱼骨模。分析能量共振关系,得到不同抛射角高能粒子激发非共振鱼骨模的物理机制。为了确定非共振鱼骨模稳定的参数阈值和鱼骨模不稳定性的变化趋势,在抛射角0.6时扫描非共振鱼骨模的参数,如注入能量E、高能粒子比压Phot/Ptotal等,分析非线性过程中高能粒子的慢化分布、模结构的演化和鱼骨模扫频。抛射角在0.6、0.7和1.0时非线性的慢化分布变平趋势和实验中高能粒子变化一致,抛射角在0.6时非线性模结构由非共振鱼骨模模结构向其他高频模模结构演化,非线性过程的鱼骨模出现向上扫频符合经典鱼骨模的扫频。
徐敬坤, 汪卫华. EAST通行高能粒子激发的非共振鱼骨模不稳定性模拟[J]. 计算物理, 2023, 40(3): 291-300.
Jingkun XU, Weihua WANG. Hybrid Simulation of Non-resonant Fishbone Instabilities Excited by Passing Energetic Particles in EAST Tokamak[J]. Chinese Journal of Computational Physics, 2023, 40(3): 291-300.
图4 速度流函数在不同抛射角对应的310 τA的模结构(a) Λ = 1.0;(b) Λ = 0.9;(c) Λ = 0.8;(d) Λ = 0.7
Fig.4 Velocity stream function U at 310 τA (a) Λ = 1.0; (b) Λ = 0.9; (c) Λ = 0.8; (d) Λ = 0.7
图5 高能粒子激发鱼骨模共振关系(图中红色的“.”为能量变化点,背景图片上的黄色区域和蓝色区域为高能粒子的分布,红色的线为能量变化的主要区域。) (a) Λ =1.0;(b) Λ = 0.9;(c) Λ = 0.8;(d) Λ = 0.7
Fig.5 Energy resonance excited by energetic particles (The red '.' represents energy change. The yellow and blue areas are the distribution of energetic particles. The red line is the main area of energy change.) (a) Λ = 1.0; (b) Λ = 0.9; (c) Λ = 0.8; (d) Λ = 0.7
图6 高能粒子激发鱼骨模的共振关系(Λ = 0.6,红色的线代表能量变化主要分布,背景中黄色和蓝色区域为高能粒子的分布。) (a) Phot/Ptotal = 0.4;(b) Phot/Ptotal = 0.5;(c) Phot/Ptotal = 0.6;(d) Phot/Ptotal = 0.7
Fig.6 Energy resonance excited by energetic particles at Λ = 0.6 (The red line represents the main area of energy change. The yellow and blue areas are the distribution of energetic particles.) (a) Phot/Ptotal = 0.4; (b) Phot/Ptotal = 0.5;(c) Phot/Ptotal = 0.6; (d) Phot/Ptotal = 0.7
图7 抛射角Λ = 0.6,注入能量E0=18.25 keV时频率ω、增长率γ和注入能量E的关系
Fig.7 At Λ = 0.6, linear growth rate and mode frequency as functions of injection energy E (The initial injection energy E0=18.25 keV.)
图13 非线性演化的模结构(Λ = 0.6) (a) 660 τA; (b) 1 460 τA; (c) 2 010 τA; (d) 2 710 τA
Fig.13 Mode structures of nonlinear evolution (Λ = 0.6) at (a) 660 τA; (b) 1 460 τA; (c) 2 010 τA; (d) 2 710 τA
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