DⅢ-D偏滤器热流宽度的BOUT++非线性模拟

【作者】 唐腾飞； 徐学桥； 夏天阳； 李佳聪； 陈彬； C.J.Lasnier； M.Makowski； A.W.Leonard； T.H.Osborne； R.Maingi； 孙继忠； 王德真；

【机构】 大连理工大学物理学院； 美国劳伦斯里弗莫尔国家实验室； 中国科学院等离子体研究所； 美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校； 中国科学技术大学； 美国通用原子能； 美国橡树岭国家实验室；

【摘要】 为了理解偏滤器平行热流宽度背后的相关物理机制,利用DIII-D准稳态的跨边界局域模(inter-ELM)相关实验数据,我们做了一系列的BOUT++模拟。线性的BOUT++模拟结果显示在边界等离子体区存在两个主要的不稳定模:分别是位于压强梯度最大值处的电阻气球模(resistive-Ballooning mode)和位于电子压强梯度特征长度倒数最大值处的漂移阿芬波模(drift-Alfven wave mode)。在非线性模拟中,从频谱和极向波数谱中可以发现在中平面分界面处存在着一个准相干模。从BOUT++模拟得到的偏滤器电子平行热流宽度,包括DIII-D,C-mod和EAST,与实验的定标率曲线基本相同,即热流宽度与极向磁场强度成反比,只有一个异常值。计算得到的中平面分界面处的垂直热输运系数与极向磁场强度成反比,这为实验定标曲线提供了一个简单的解释。然而进一步分析发现,偏滤器电子平行热流的峰值是实验数据的三倍左右,可能的解释有两种:1)模拟中缺少辐射能量损失,2)平行热输运系数中热流限制(flux-limited)参数的选择。进一步的统计分析发现,边界等离子体在压强梯度最大处由电阻气球模生成了气泡(blob-filaments)。这些气泡在向外传输的过程中,通过了漂移阿芬波存在的区域,在这时捕获了漂移阿芬波相关的电子温度和静电势相位信息,使得中平面处的相干模的相位与漂移阿芬波模相同。更多还原