题   目： 仿星器等离子体的非线性磁流体模拟

报告人： 周尧副教授，上海交通大学

时   间： 2023年03月27日（周一）  上午 9：00 

地   点： 聚变科学所二楼大会议室、兴隆湖四楼会议室（远程）

摘   要： 仿星器等离子体在实验中表现出了优越的非线性磁流体稳定性，但由于数值模拟工具的缺乏，这一现象未曾被深入研究。我们将先进的M3D-C1程序从轴对称的托卡马克位形扩展到了非轴对称的仿星器位形，实现了输运时间尺度的仿星器非线性磁流体模拟[1]。我们引入了一套逻辑坐标，并以一个C1连续的映射将其连接到非轴对称位形所在的的物理坐标，这样可以尽可能多地使用M3D-C1已有的有限元框架与磁流体方程。我们首先通过几个算例对这一新功能进行验证，包括有强各向异性热传导的仿星器等离子体的加热、失稳、与再平衡，以及真实位形的仿星器平衡态到可积与不可积磁场的弛豫。接下来，我们使用该功能对W7-X仿星器上观测到的类锯齿崩塌现象开展模拟[2]。少量近轴电子回旋电流驱动在旋转变换剖面上产生两个共振，这导致模拟中接连出现两个(1,1)内扭曲模。首先是靠内的共振处产生的小幅崩塌，这可能对应着实验中的锯齿前兆现象。然后是靠外的共振处产生的大幅崩塌，在崩塌幅度与温度变化反转半径等指标上与实验测量半定量吻合。这些结果既确认了M3D-C1仿星器模拟功能的可靠性，又阐明了W7-X上类锯齿崩塌现象的物理机制。最后，我们展示对高比压W7-X等离子体模拟的初步结果。模拟中观察到气球模的非线性饱和，并无多模耦合引起的芯部活动，边缘磁场随机化造成的能量损失也有限。这些结果可能说明仿星器等离子体对压强驱动不稳定性有较好的鲁棒性。

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