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本文利用数值模拟的方法研究了托卡马克等离子体中穿越随机磁场的问题。我们发现平行磁场热输运系数与垂直磁场的热输运系数的比值对随机磁场的小半径方向上热输运系数有决定性影响。
本文第二章首先介绍等离子体热输运的新经典输运理论,包括简要结论和其成功与局限性的分析,并且指出电子的热输运还不能完全用新经典输运理论解释,存在反常输运现象,由此引出了我们研究本课题研究的意义所在。随后我们会介绍磁约束聚变物理中穿越随机磁场热输运的背景、已有的理论结果和本文使用的与数值方法相比较的解析理论,这些都将在第三章介绍。
接下来,我们将主要介绍作者在这个题目上的工作。第四章主要介绍穿越强局域随机磁场的热输运现象。与此前的工作相比,我们把由低模微扰磁岛重叠导致的随机磁场的随机度提高了一个数量级。最大的随机度由Yu研究过的3.8提高到本文中的38.82,并且磁岛数由最多5个提高到11个,这极大扩展了此方向的研究深度。增益热输运系数和平行磁场热输运系数与垂直磁场的热输运系数的比值的关系将在文中讨论并且会和以前作者的工作做出对比。同时还会讨论一个非局域的微扰随机场的小半径方向上的热输运问题,并且将会在文中给出与局域热输运研究的比较。以上这些将是第四章的主要内容。
第五章将讨论什么是影响随机磁场增益热输运系数的关键因素。在这个工作中,为了方便我们能区分开单个微扰磁岛对增益输运的贡献,我们会使用一个非局域的微扰随机磁场。文章中分别研究了微扰磁场的强度,增益热输运度分布函数g(z)和磁场随机度三个参量对小半径上增益输运系数的影响。我们会发现前两者对径向增益热输运系数有至关重要的作用;后者在弱随机场时候不显现任何作用,仅仅在强磁场情形,随机度函数才与其显现出一定的相关性,但是没有直接的对应关系。
在以上工作的基础上,我们也讨论了由Yu导出的一个关于增益热输运系数的理论公式在非随机微扰磁场和弱随机微扰磁场情况下的比较。结果会发现,这个公式即使是在非随机场的情况下也是成立的,虽然这个公式是为随机磁场推导的。根据我们的数值模拟的经验,我们会在文中会给出基于数值模拟的随机场的弱场和强场的经验分类。本文的最后,会对全文进行一个的全面总结。