磁流体稳定性

磁流体稳定性 • 理想磁流体 • 非理想磁流体：锯齿振荡 • 非理想磁流体：新经典磁岛 • 壁的稳定作用 • 密度极限 • 破裂

１，理想MHD（不考虑电阻） 扭曲模 qa/q0>2, qa>m 纵向强磁场，导电壁不稳定性增长率和nqa的关系

内扭曲模(m=1) 稳定条件q0>１

气球模：一种高n模式 稳定条件:〈β〉＜a/Rqa2 磁剪切压强梯度极向磁场最大处（外侧）的磁剪切的分布气球模的稳定区域

实验得到的第二稳定区 JET上H模放电能量约束时间和α值 DIID上压强和q值分布，以及s- α图

β极限 气球模稳定区从图所示模型数值计算得到增加因子一般写为

实验得到的β极限

高β时发生的不稳定性 TFTR上的气球模，用ECE测量的电子温度涨落结构的时间发展 DIIID上βN=3.5时 n=1扭曲模的发展极向结构，用软Ｘ射线辐射得到

两种β极限(DIIID)：“理想的”和“软的” 理想的软的

实验得到的β极限(DIIID)

先进托卡马克概念 目的：小尺度，大功率密度，可靠性，稳态运转途径：Ip↓ βN ↑自举电流，第二稳定区 q ↑易得大的βN 手段：辅助加热和电流驱动控制压强，电流轮廓，剖面形状并达到第二稳定区运转极限：电流极限：模型q=2扭曲模　　　　　压强极限：βN=2-6 平衡极限：βp=1.3R/a 几个推荐运转区域

Peeling模（剥离模）：边缘自举电流驱动的扭曲模Peeling模（剥离模）：边缘自举电流驱动的扭曲模 Peeling不稳定性的数值模拟结果气球模和剥离模及二者联合的稳定区

ELM的起源 剥离模截面形状对稳定区域的影响混合模气球模不稳定性区域几种不稳定性的数值模拟

２，非理想磁流体：锯齿振荡经典撕裂模 撕裂模的增长条件：将不稳定区划分为内外两区域．外部用平衡方程和Ｍ方程，内部用欧姆定律和运动方程，得到增长条件为△‘＞０增长率(m=1) 计算撕裂模不稳定性的模型

撕裂模不稳定性和磁岛结构 磁场拓扑 m=2磁岛 HL-2A上几种破裂不稳定性波形

如何测量磁岛宽度？ • 磁线圈数据反演 • 软X射线层析 • ECE成像 ASDEX-U上的磁扰动信号和反演图形

软X线层析法 软X线层析的设备，信号和反演图形

ECE成像法 ECE信号和成像设备及图像ＲＲ

非理想MHD：锯齿振荡 锯齿振荡现象 rinv：反转半径(q=1) rmix：混合半径(0.25-0.5a)

Kadomtsev模型及其问题 Kadomtsev模型 NSTX上的数值模拟

几种MHD模式的关系 m=1模的增长率和自由能变化关系

q(0)<1时的稳定放电 TFTR上Ｌ模（锯齿）和supershot（无锯齿）放电

３，非理想磁流体新经典撕裂模NTM • 足够高的β值，产生足够　　的自举电流 • 足够大的种子磁岛 • 经典撕裂模是稳定的 ITER上的2/1新经典磁岛△‘=-2.6 DIIID上的自举电流份额

新经典撕裂模的首次观察(TFTR) 极向磁场和振动频率磁场扩散率，新经典驱动项，△‘，扰动发生位置

新经典撕裂模实验结果 ASDEX上的新经典撕裂模

新经典撕裂模结构 TFTR上3/2新经典磁岛宽度，理论和实验值比较 JET上软Ｘ射线层析得到的新经典磁岛结构，βN=2.4,3.4

新经典磁岛对约束的影响能量约束减少10-30%,βN≤2新经典磁岛对约束的影响能量约束减少10-30%,βN≤2 ASDEX-U的实验

避免和控制NTM方法 • 避免种子磁岛（锯齿，气球模） • 反剪切运转 • q(0)>1 • 反馈控制 • 辅助加热和电流驱动

磁流体稳定性

磁流体稳定性

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