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Theory and numerical simulations on collisionless drift instabilities in three dimensions

C.Z. Cheng, H. Okuda1978年被引用 73Nuclear FusionIF 3出版社

The non-linear behaviour of the collisionless drift instabilities and the resultant anomalous plasma diffusion have been studied by means of computer simulations and analytical theory. The simulation model used is a full three-dimensional electrostatic model of cylindrical geometry in an external magnetic field. Full dynamics is employed for ion motion while guiding-centre approximations are used for electron motion, which allows us to use rather realistic plasma parameters in the simulations. The simulation results indicate that a strong turbulence develops through non-linear interaction of the drift instabilities, which results in the formation of convective cells and anomalous particle diffusion. The broad frequency spectrum resembles that observed recently in toroidal confinement devices. Analytical theory is developed, based on the modecoupling process, to explain the generation of convective cells and strong plasma turbulence, along with an estimate of the resultant particle diffusion.

日本語訳

無衝突ドリフト不安定性の非線形挙動と、それに起因する異常プラズマ拡散を、コンピュータシミュレーションと解析理論によって研究した。使用したシミュレーションモデルは、外部磁場中の円筒形状を仮定した完全三次元静電モデルである。イオン運動には完全動力学を用いる一方、電子運動にはガイディングセンター近似を適用し、これによりシミュレーションにおいてかなり現実的なプラズマパラメータを使用することを可能にした。シミュレーション結果は、ドリフト不安定性の非線形相互作用を通じて強い乱流が発達し、その結果として対流セルと異常粒子拡散が形成されることを示している。その広帯域周波数スペクトルは、最近トロイダル閉じ込め装置で観測されたものに類似している。対流セルと強いプラズマ乱流の生成を説明するため、モード結合過程に基づく解析理論を構築し、それに伴う粒子拡散の評価も行った。

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