含雜質(zhì)等離子體中靜電漂移波湍流的研究.pdf

1、核聚變能作為人類社會(huì)未來(lái)的理想能源，是解決能源問(wèn)題的根本出路之一，近二十幾年來(lái)國(guó)內(nèi)外的實(shí)驗(yàn)和理論研究表明托卡馬克(Tokamak)是最有希望實(shí)現(xiàn)熱核聚變及穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的一種裝置。要實(shí)現(xiàn)Tokamak的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、點(diǎn)火放電，就必須要改善等離子體的約束，而等離子體湍流是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最大障礙之一，研究表明，等離子體橫越磁場(chǎng)的輸運(yùn)（反常輸運(yùn)）主要由低頻漂移波湍流所驅(qū)動(dòng)，因此，為獲得更好的約束以致最終實(shí)現(xiàn)聚變，必須探索漂移波湍流的產(chǎn)生機(jī)制，尋求抑制漂

2、移波湍流的辦法。
　　本文基于平板位形研究了雜質(zhì)對(duì)漂移波湍流的影響。首先介紹了描述等離子體的基本方程和研究方法，其次闡述了漂移波形成的物理機(jī)制及其湍流的描述模型，在此基礎(chǔ)上，建立了含雜質(zhì)離子與塵埃顆粒等離子體中的漂移波湍流模型，利用這些模型，研究了雜質(zhì)對(duì)漂移波湍流的定標(biāo)效應(yīng)、局域線性色散關(guān)系及其級(jí)聯(lián)特性。
　　論文主要論述了作者在讀博士期間在漂移波及其湍流領(lǐng)域所做的一些工作。首先，研究了兩離子無(wú)碰撞等離子體系統(tǒng)中的漂移波及其

3、湍流。結(jié)果表明小振幅的兩離子Hasegawa-Mima(HM)方程可等效為一種單離子HM方程，由此可以看出含雜質(zhì)離子漂移波湍流時(shí)空特征長(zhǎng)度發(fā)生顯著變化。在湍動(dòng)級(jí)聯(lián)過(guò)程中，能流的方向取決于波數(shù)區(qū)間。通過(guò)研究湍動(dòng)級(jí)聯(lián)過(guò)程得到了湍流的級(jí)聯(lián)譜，由此可以清楚的看到能流的方向；其次，研究了非均勻磁化等離子體中低頻漂移波的塵埃效應(yīng)，結(jié)果表明：塵埃的加入會(huì)導(dǎo)致漂移波及其湍流的時(shí)空特征長(zhǎng)度相對(duì)雜質(zhì)離子變化更為顯著，特征長(zhǎng)度隨塵埃密度和質(zhì)量的增大而單調(diào)增大

4、。在非磁化塵埃等離子體中，塵埃背景不均勻提供了另一種驅(qū)動(dòng)力，而時(shí)空特征長(zhǎng)度沒(méi)有改變。增加的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力會(huì)對(duì)于漂移波湍流的級(jí)聯(lián)產(chǎn)生影響；最后，研究了磁約束裝置邊緣含雜質(zhì)離子等離子體中漂移波及其湍流的特性，得到了兩離子Hasegawa-Wakatani（HWE）方程，相比與單離子HWE，第二種離子的引入會(huì)導(dǎo)致絕熱系數(shù)與粘滯系數(shù)的變化。結(jié)果表明：雜質(zhì)離子的存在對(duì)漂移波具有致穩(wěn)作用，而離子的密度不均勻性會(huì)導(dǎo)致漂移波的不穩(wěn)定性。電子沿平行磁場(chǎng)方向的阻