磁化等离子体中的微观不稳定性及湍流理论研究

【摘要】：本论文较为系统地论述了磁化等离子体中的微观不稳定性及湍流理论。我们首先回顾了描述等离子体物理的基本方法和基本方程,其次介绍了等离子体物理中传统的湍流输运理论的物理模型以及研究方法。在此基础上,我们提出了一种新的输运模型:拉格朗日系统的输运理论。利用这种输运理论可以很容易地理解一些新的困扰等离子体物理学界的实验现象,诸如托卡马克等离子体中的非局域输运、粒子流或热流箍缩以及反磁剪切中的稳态中空温度(电流)剖面等等。 论文的第三部分详细介绍了作者在攻读博士期间在等离子体微观不稳定性及湍流理论研究方面完成的一些具体工作。首先是磁曲率对等离子体电阻性不稳定性的影响。这部分研究表明磁曲率的极向分量使得电阻性交换模的色散关系发生变化,它不仅改变不稳定性增长率而且还改变模式的结构。同时我们还发现托卡马克等离子体的坏磁场区域增大了。其次是托卡马克中捕获电子动力学的拉格朗日不变性研究。这部分研究表明托卡马克中的捕获电子流体是一个典型的拉格朗日系统,我们解析地求得了表征系统弛豫态的拉格朗日不变量并与部分实验结果作了定性的比较,发现它们之间具有一致性。再次是平行动力学方程的重整化研究。这部分研究作为位置空间中的非线性相互作用的重整化群处理的推广,发展了一种处理速度空间中的线性和非线性相互作用的重整化方法,得到了碰撞等离子体平行动力学方程的重整化系数。这为等离子体湍流理论甚至其他领域提供了一条新的数学处理途径。最后部分是离子温度梯度模驱动的环带流生长研究。这部分研究采用四波相互作用模型研究了离子温度梯度模驱动的环带流,得到了环带流的增长率与泵浦波的关系。我们发现漂移波确实能够驱动大尺度的环带流