多支低频阿尔芬波加热等离子体的模拟研究

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在核聚变等离子体中,为了维持聚变堆的稳态运行,利用射频波对等离子体进行加热是广泛采取的手段之一,阿尔芬波是一种磁流体力学波,频率很低,广泛存在于聚变以及空间等离子体中。因此,利用阿尔芬波加热是射频波加热的应用之一。本文主要采用粒子模拟方法,建立了无碰撞冷等离子体的单粒子模型,对双支低频阿尔芬射频波加热,多支低频阿尔芬波加热以及斜传低频阿尔芬波的加热进行了研究,并对模拟的结果进行了分析与讨论,结果表明:当双支低频阿尔芬波的频率在满足相干条件下能够提升等离子体的加热效率,而当双支低频阿尔芬波的频率不满足相干加热条件时,能够使粒子在平行方向上的相空间出现不均匀加速,进而导致相混,使得低频阿尔芬波加热随机阈值降低。进行多支低频阿尔芬波相干加热模拟时,当波的频率以及波速满足多波相干加热条件,则多波加热会由于多波相干高阶效应提升加热效率,并且随着波数量的增加在非共振阶段强化低频阿尔芬波多波对粒子的非共振拾取,进而强化低频阿尔芬波的非共振加热。而当采用多支波的波频率相近的条件时,则会强化低频阿尔芬波的随机加热效果,强化低频阿尔芬波与等离子体的混沌相互作用。此时,粒子在运动过程中的各向异性会大大增强。通过模拟,发现可以通过控制多波频率来获得所需要的加热效果,以满足不同的需求,并且此结论可以适用于其他的波。当低频阿尔芬波与背景磁场成角度入射时,能够提升加热效率,强化加热效果。进行双波斜传相干加热时,双支波斜传角度的差异能够影响相干加热前期非共振拾取作用,产生一定的迟滞,并且主要体现在平行方向的加热,这是由于双支斜传波由于斜传角度不一致产生调制作用的结果。
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