聚变等离子体中高能量粒子与波相互作用的非线性数值模拟研究

【摘要】磁约束等离子体中高能量粒子激发的阿尔芬不稳定性是燃烧等离子体研究的重要前沿课题。阿尔芬波作为等离子体物理中最基本的一种波,在环形磁约束装置中不同物理效应影响下衍生出各种不同类型的形态。在非均匀磁化等离子体中,剪切阿尔芬波组成了连续谱,而环形等离子体的环效应使连续谱断开形成间隙,而在这个间隙中存在着一支重要的阿尔芬波分支：环向阿尔芬波本征模(TAE)。聚变产物阿尔法粒子以及辅助加热手段产生的快离子都会激发TAE,从而降低等离子体约束甚至破坏实验装置。而随着波粒相互作用驱动的波振幅的增长,在实验中观测到了TAE频率发生了非线性扫频的现象,同时伴随着高能量粒子长时间尺度的输运过程。这种频率非线性的变化,不仅仅存在于实验室聚变等离子体中,在其他许多复杂系统中非线性过程也有被观测到,诸如地球磁层观测到的高能量电子驱动哨声波合声现象等。在简化模型的基础之上,我们开发一套动理学代码EAC(EnergeticparticleandtoroidalAlfvenwaveinteractionCode))它是基于漂移动理学、微扰法的非线性δf-PIC代码。对于无背景阻尼情况下,我们发现波振幅非线性阶段总有缓慢增长趋势,这是由于捕获粒子相空间复杂共振结构造成,因为这种多共振带结构非常容易发生共振重叠和混沌行为。除去单模自发形成共振带重叠效应,属于不同环向波模的共振带之间互相重叠也能导致波振幅在非线性阶段有很大增长(捕获粒子共振)或者是饱和程度的提高(通行粒子共振),这时通行粒子和捕获粒子扮演着完全不同的角色。而当系统进入临界不稳定性(γL-γd《γL)时,伴随振幅无规则振荡,TAE频率呈现出三种不同的扫频行为：上下分叉、向上以及向下。KAM共振岛和相空间δf结构的移动,都说明了扫频过程的主要物理机制就是维持共振相位的不变,即锁相(phaselocking)。锁相维持着最大波-粒能量的交换。相空间动态行为提供了关键机制去很好地理解TAE扫频方向和高能量粒子的输运过程。EAC代码包含了丰富的物理效应(完整的波-粒非线性相互作用、三维模结构几何效应、全粒子轨道效应)以及用于相空间动态行为分析强大的诊断方法(包括数值共振关系验证、KAM面／庞加莱截面分析、三维分布函数精细结构呈现),它为研究高能量粒子驱动的波的非线性物理提供了强有力的数值工具。
【作者】祝佳；
【导师】马志为；傅国勇；
【作者基本信息】浙江大学，等离子体物理，2014，博士
【关键词】磁约束聚变；TAE扫频；等离子体粒子模拟；波与粒子相互作用；高能量粒子物理；燃烧等离子体；

【参考文献】
[1]侯鹏云,刘学,薛亚平,郑裕国.(S)-邻氯苯甘氨酸制备技术的研究进展[J].精细与专用化学品,2014,03:22-28.
[2]陈丽.环糊精的改性及在纺织中的应用研究[D].江南大学,纺织工程,2012,硕士.
[3]陈海珍,黄德才,郭海东,纪筱斐.数据挖掘技术在CRM中的应用[J].计算机工程,2003,07:189-191.
[4]李昱星.非标准自动化设备研制类项目的管理问题研究[D].西南交通大学,工商管理,2013,硕士.
[5]殷华.《达洛卫夫人》中的对立与同一[D].湖南师范大学,英语语言文学,2004,硕士.
[6]周丕化.病毒式营销及其在开放平台中的应用[D].浙江大学,企业管理,2013,硕士.
[7]李海舰,魏恒.新型产业组织分析范式构建研究——从SCP到DIM[J].中国工业经济,2007,07:29-39.
[8]江乐芳.民事诉权滥用的有效规制[D].山东大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[9]马亮.核苷（酸）类似物在抗乙肝病毒治疗过程中宿主的免疫应答研究[D].吉林大学,内科学,2014,硕士.
[10]张云修.大庆市龙凤区设施园艺技术分析与展望[D].东北农业大学,蔬菜栽培生理,2003,硕士.
[11]王彤.企业INTRANET建设[D].大连理工大学,电子与通信工程,2002,硕士.
[12]张向利.数据仓库应用管理系统的设计与实现[J].桂林电子工业学院学报,2001,02:52-54.
[13]王晶.商业银行理财产品投资者法律保护制度研究[D].西北大学,经济法学,2014,硕士.
[14]伍凌云,李兴源,龚勋,杨煜,洪潮,徐大鹏,李伟.基于模糊免疫方法的次同步阻尼控制器设计[J].电力系统自动化,2007,11:12-16.
[15]李慧.MD模拟研究电场对环肽纳米管内水传输特性的影响[D].苏州大学,2014.
[16]沈健.心理契约视角下的员工激励战略研究[D].山东大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[17]陈怡.泉台旅游产业合作研究[D].华侨大学,旅游管理,2013,硕士.
[18]李　恒,王博文,王志华,张　梅.分块式永磁振动发电机的结构及输出电压[J].河北工业大学学报.
[19]潜昕.基于簇的低开销无线传感器网络时间同步技术[D].杭州电子科技大学,计算机应用技术,2012,硕士.
[20]曲苗成.中国社会转型背景下科研模式转变及其利弊分析[D].哈尔滨工业大学,社会学,2013,硕士.
[21]王路.基坑开挖对邻近既有隧道的影响分析[D].北京交通大学,2009.
[22]刘亚方.索拉非尼和Regorafenib的合成索拉非尼类似物作为PET显像剂的合成[D].天津大学,药物化学,2013,硕士.
[23]蒋心宇.基于能量检测TOA估计的超宽带室内定位研究[D].西南大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[24]李丛.企业社会责任信息披露质量影响因素研究[D].安徽大学,会计学,2013,硕士.
[25]唐鹤隽.多元回归和神经网络在武汉市房地产预测中的应用比较[D].华中科技大学,应用统计,2013,硕士.
[26]林琳.生态思想与动态设计理念在西宁过境高速公路设计中的应用[D].长安大学,交通运输工程（专业学位）,2013,硕士.
[27]张淑谦.甘肃滨河酒厂采购管理研究[D].西安理工大学,工商管理,2003,硕士.
[28]彭东海,杨建波,李健,邢永秀,覃刘东,杨丽涛,李杨瑞.间作大豆对甘蔗根际土壤细菌及固氮菌多样性的影响[J].植物生态学报,2014,09:959-969.
[29]周红武.便携式拉曼光谱仪中荧光抑制方法的研究[D].苏州大学,光学工程,2013,硕士.
[30]魏慧敏.支化PEO修饰的Ca~(2+)荧光探针的设计合成与性能研究[D].河北大学,高分子化学与物理,2014,硕士.
[31]孔令宏.物探专业数据库数据集成技术研究[D].东北石油大学,计算机技术（专业学位）,2013,硕士.
[32]罗莲平.足三里穴位注射治疗爆发性癌痛的临床观察[D].广州中医药大学,中医学（专业学位）,2013,硕士.
[33]蔚赵春,吴绍春,王炜.一种改进的序贯模式算法在地震学中的应用[J].计算机应用研究,2005,08:150-152.
[34]李令.幼儿园语言教育活动中师幼互动问题的研究[D].湖南师范大学,学前教育（专业学位）,2013,硕士.
[35]王妮娜,路洪艳,魏梦俊,徐慧,刘晓静,张娇娇,胡新春.二维晶格色散关系和态密度的紧束缚模型计算[J].淮北师范大学学报(自然科学版),2014,04:12-16.
[36]刘丽娟.波函数正交性及能量非对称分布对氦原子同时电离激发的影响[D].安徽大学,原子与分子物理,2013,硕士.
[37]应颖.移动公司顾客投诉管理研究[D].上海外国语大学,企业管理,2014,硕士.
[38]梁小凯,孙新军,刘清友,董瀚.超细晶钢在不同温度下塑性变形机制的研究[J].钢铁.2004(11)
[39]门长有,王荣华,谭年熊.一种用于谐波测量的全数字同步采样算法[J].电力系统自动化,2008,22:83-86.
[40]钟爱贞.融资结构与企业治理分析[D].江西财经大学,会计学,2004,硕士.
[41]冯纯伯.反馈系统的无源性分析及其应用[J].自动化学报,1985,02:111-117.
[42]李振华.六盘山叠叠沟典型植被蒸散及水文要素的坡面尺度效应[D].中国林业科学研究院,生态学,2014,博士.
[43]孙逸雯.浅论“江南丝竹”中二胡的传统演奏技法和特征[D].中国音乐学院,音乐学,2013,硕士.
[44]郭伟.中美上市公司独立董事制度比较研究[D].外交学院,国际法,2014,硕士.
[45]胡磊.基于红外自动相机技术的马鹿和狍活动节律与马鹿集群行为[D].北京林业大学,野生动植物保护与利用,2013,硕士.
[46]倪春青.论我国环境资源法体系的完善[D].河海大学,环境与资源保护法学,2004,硕士.
[47]郝凤斋.热计量表物联网ONS系统的负载均衡及安全性研究[D].燕山大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[48]DinhThiHoangLan（丁氏黄兰）.胡志明市大学生汉语学习动机调查研究[D].华南理工大学,传播学,2014,硕士.
[49]安静.当归提取物中不同组分配伍的协同抗炎、抗氧化作用研究[D].北京中医药大学,中药制药学,2014,硕士.
[50]窦凯.行业协会限制竞争行为的反垄断法规制[D].山西财经大学,经济法,2013,硕士.