Другие журналы

научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл № ФС 77 - 48211.  ISSN 1994-0408

Возбуждение турбулентных флуктуаций неустойчивой дрейфовой волной в неоднородном течении плазмы

# 11, ноябрь 2014
DOI: 10.7463/1114.0736412
Файл статьи: SE-BMSTU...o816.Pdf (807.08Кб)
авторы: Карбушев Д. Н., Хвесюк В. И., Чирков А. Ю.

УДК 623.454.255.2

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана

Рассматривается механизм формирования турбулентных возмущений в неоднородной плазме в процессе развития дрейфовой неустойчивости в магнитном поле. Рассматривается дрейфовая волна конечной амплитуды. Так как экспериментальные данные о дрейфовой турбулентности показывают хорошее соответствие линейной теории дрейфовых неустойчивостей, то инкремент неустойчивости рассматривается в линейном приближении. Сформулировано условие распада начального возмущения, которое одновременно является условием перехода к нелинейной стадии. В нелинейном режиме нарушаются условия существования волны. Для этого существует две причины. Первая – ограничение роста амплитуды, вторая – искажение начального профиля волны под действием сдвигового течения. В обоих случаях на профиле волны возникает область большого градиента плотности. Количественно условие распада формулируется как равенство максимального градиента возмущения платности невозмущенному градиенту. Для эволюции начального профиля возмущения плотности сформулировано уравнение типа уравнения Бюргерса. Деформация профиля под действием сдвигового течения учитывается пространственной зависимостью скорости течения. Для описания распада возмущения в пределе исчезающего сдвига в уравнение введен модельный диффузионный оператор. Анализ физического смысла эффективного коэффициента диффузии показал его соответствие оценке на основе длины смешения, предложенной Дюпри. Пространственным масштабом в этом случае является обратное волновое число. Масштабом времени является обратный инкремент неустойчивости. С ростом интенсивности сдвигового течения эффективный коэффициент диффузии падает. Численные расчеты показали, что это падение хорошо описывается фактором Ито. Результирующая зависимость качественно соответствует особенностям турбулентного переноса плазмы в магнитном поле (L- и H-режимы). Количественные оценки также находятся в разумном согласии с известными экспериментальными данными.

Список литературы
  1. Wagner F., Becker G., Behringer K., Campbell D., Eberhagen A., Engelhardt W., Fussmann G., Gehre O., Gernhardt J., Gierke G. v., Haas G., Huang M., Karger F., Keilhacker M., Klüber O., Kornherr M., Lackner K., Lisitano G., Lister G.G., Mayer H.M., Meisel D., Müller E.R., Murmann H., Niedermeyer H., Poschenrieder W., Rapp H., Röhr H., Schneider F., Siller G., Speth E., Stäbler A., Steuer K.H., Venus G., Vollmer O., Yü Z. Regime of improved confinement and high beta in neutral-beam-heated divertor discharges of the ASDEX tokamak // Phys. Rev . Lett . 1982. Vol. 49. P . 1408-1412. DOI: 10.1103/PhysRevLett.49.1408
  2. McKee G.R., Petty C.C., Waltz R.E., Fenzi C., Fonck R.J., Kinsey J.E., Luce T.C., Burrell K.H., Baker D.R., Doyle E.J., Garbet X., Moyer R.A., Rettig C.L., Rhodes T.L., Ross D.W., Staebler G.M., Sydora R., Wade M.R. Non-dimensional scaling of turbulence characteristics and turbulent diffusivity // Nucl. Fusion. 2001. Vol. 41. P. 1235–1242. DOI: 10.1088/0029-5515/41/9/312
  3. Boedo J.A., Gray D.S., Terry P.W., Jachmich S., Tynan G.R., Conn R.W., Textor-94 team. Scaling of plasma turbulence suppression with velocity shear // Nucl. Fusion. 2002. Vol. 42. P. 117–121. DOI:10.1088/0029-5515/42/2/301
  4. Wagner F., Hirsh M., Hartfuss H.-J., Laqua H.P. H-mode and transport barriers in helical systems // Plasma Phys. Control. Fusion. 2006. Vol. 48. P. A217–A240. DOI:10.1088/0741-3335/48/5A/S21
  5. Vershkov V.A., Shelukhin D.A., Soldatov S.V., Urazbaev A.O., Grashin, S.A., Eliseev L.G., Melnikov A.V., T-10 team. Summary of experimental core turbulence characteristics in ohmic and electron cyclotron resonance heated discharges in T-10 tokamak plasmas // Nucl. Fusion. 2005. Vol. 45. P. S203–S226. DOI:10.1088/0029-5515/45/10/S17
  6. Conway G.D., Angioni C., Ryter F., Sauter P., Vicente J., ASDEX Upgrade Team. Mean and Oscillating Plasma Flows and Turbulence Interactions across the L-H Confinement Transition // Phys. Rev. Lett. 2011. Vol. 106. Art. no. 065001 (4 pages).
  7. Schmitz L., Holland C., Rhodes T.l., Wang G., Zeng L., White A.E., Hillesheim, Peebles W.A., Smith S.P., Prater R., McKee G.P., Yan Z., Solomon W.M., Burrel K.H., Holcomb C.T., Doyle E.J., DeBoo J.C., Austin M.E., deGrassie J.S., Petty C.C. Reduced electron thermal transport in low collisionality H-mode plasmas in DIII-D and the importance of TEM/ETG-scale turbulence // Nucl. Fusion. 2012. Vol. 52. Art. no. 023003 (15 pages). DOI: 10.1088/0029-5515/52/2/023003
  8. Chuich T., Terry P.W., Diamond P.H., Sedlak J.E. Effects of a radial electric field on tokamak edge turbulence // Phys. Fluids. 1986. Vol. 29. P. 231–241. DOI:10.1063/1.865979
  9. Biglari H., Diamond P.H., Terry P.W. Influence of sheared poloidal rotation on edge turbulence // Phys. Fluids. 1990. Vol. B2. P. 1–4. DOI:10.1063/1.859529
  10. Shaing K.C., Crume E.C., B.A., Houlberg W.A. Bifurcation of poloidal rotation and suppression of turbulent fluctuations: A model for the L–H transition in tokamaks // Phys. Fluids. 1990. Vol. B2. P. 1492–1498. DOI:10.1063/1.859473
  11. Zhang Y.Z., Mahajan S.M. Edge turbulence scaling with shear flow // Phys. Fluids. 1992. Vol. B4. P. 1385–1387. DOI:10.1063/1.860095
  12. Conway G.D. Turbulence measurements in fusion plasmas // Plasma Phys. Control. Fusion. 2008. Vol. 50. Art. no. 124026 (11 pages). DOI:10.1088/0741-3335/50/12/124026
  13. Diamond P.H., Itoh S.-I., Itoh K., Hahm T.S. Zonal flows in plasma – a review // Plasma Phys. Control. Fusion. 2005. Vol. 47. P. R35–R161. DOI:10.1088/0741-3335/47/5/R01
  14. Tynan G.R., Fujisawa A., McKee G.R. A review of experimental drift turbulence studies // Plasma Phys. Control. Fusion. 2009. Vol. 51. Art. no. 113001 (77 pages). DOI :10.1088/0741-3335/51/11/113001
  15. Horton W. Turbulent Transport in Magnetized Plasmas. World Scientific, 2012. 400 p. DOI:10.1142/8362
  16. Burrell K.H. Effects of EB velocity shear and magnetic shear on turbulence and transport in magnetic confinement devices // Phys. Plasmas. 1997. Vol. 4. P. 1499–1518.
  17. Dupree T.H. No nlinear theory of drift-wave turbulence and enhanced diffusion // Phys. Fluids. 1967. Vol. 10. P. 1049–1055. DOI:10.1063/1.1762220
  18. Itoh K., Itoh S.-I. The role of the electric field in confinement // Plasma Phys. Control Fusion. 1996. Vol. 38. P. 1–49.
  19. Бэтчелор Дж. Теория однородной турбулентности: пер. с англ. М.: Иностранная литература, 1955. 200 с.
  20. Шлихтинг Г. Возникновение турбулентности: пер. с англ. М.: Иностранная литература, 1962. 204 с.
  21. Khvesyuk V.I. Excitement of l ocal non-uniformities in plasma by unstable ion-temperature-gradient waves // J. Fusion Energy. 2012. V ol . 31. P. 273–278. DOI:10.1007/s10894-011-9467-3
  22. Уизем Дж. Линейные и нелинейные волны: пер с англ. М.: Мир, 1977. 638 с.
  23. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. VI . Гидродинамика. М.: Физматлит, 2003. 736 с.
  24. Инфельд Э., Роуландс Дж. Нелинейные волны, солитоны и хаос: пер с англ. М.: Физматлит, 2006. 484 с.
  25. Кролл Н., Трайвелпис А. Основы физики плазмы: пер с англ. М.: Мир, 1975. 525 с.
  26. Хвесюк В.И., Чирков А.Ю. Нелинейные явления, связанные с распространением дрейфовых волн в плазме // Вопросы атомной науки и техники. Сер . Физика плазмы . 2006. Т . 12, № 6. С . 112–114.
  27. Tasso H . A non - linear equation for drift waves // Phys . Lett . A . 1997. Vol. 232. P . 247–251.
  28. Кадомцев Б.Б., Карпман В.И. Нелинейные волны // Успехи физических наук. 1971. Т. 103, вып. 2. С. 193–232.
  29. Chirkov A.Yu. The effect of trapped particles on gradient drift instabilities in finite pressure plasma with longitudinally nonuniform magnetic field // J. Fusion Energy. 2014. Vol . 33, no . 2. P . 139–144.
  30. Khvesyuk V.I., Chirkov A.Yu. Peculiarities of collisionless drift instabilities in poloidal magnetic configurations // Plasma Physics Reports. 2010. Vol. 36, no. 13. P. 1112–1119.
  31. Chirkov A.Yu., Khvesyuk V.I. Electromagnetic drift instabilities in high-  plasma under conditions of a field reversed configuration // Phys. Plasmas . 2010. Vol . 17, no . 1. Art . no. 012105 (8 pp ).
  32. Чирков А.Ю., Хвесюк В.И. Особенности бесстолкновительных градиентных дрейфовых неустойчивостей в плазме с сильно неоднородным магнитным полем и высокими  // Физика плазмы. 2011. Т . 37 , № 5. С . 473–483.
  33. Хвесюк В.И., Чирков А.Ю., Ковалев А.В. Некоторые особенности стохастической динамики частиц в замагниченной плазме // Физика плазмы. 2002. Т . 28, № 9 . С . 854–857.
  34. Хвесюк В.И., Чирков А.Ю. Анализ закономерностей рассеяния частиц плазмы на нестационарных флуктуациях // Журнал технической физики. 2004. Т. 74, вып. 4. С . 18–26.
  35. Чирков А.Ю. О влиянии слабых электростатических возмущений на траектории пролетных частиц в магнитном поле токамака // Журнал технической физики. 2004. Т. 74, вып. 12. С. 47–51.

Тематические рубрики:
Поделиться:
 
ПОИСК
 
elibrary crossref ulrichsweb neicon rusycon
 
ЮБИЛЕИ
ФОТОРЕПОРТАЖИ
 
СОБЫТИЯ
 
НОВОСТНАЯ ЛЕНТА



Авторы
Пресс-релизы
Библиотека
Конференции
Выставки
О проекте
Rambler's Top100
Телефон: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)
  RSS
© 2003-2017 «Наука и образование»
Перепечатка материалов журнала без согласования с редакцией запрещена
 Тел.: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)