同步輻射與隨機(jī)磁漲落對逃逸電子影響的理論研究.pdf

1、磁約束聚變是將來有望解決人類能源問題的重要途徑之一，其中托卡馬克裝置是目前研究最多、同時最有希望實(shí)現(xiàn)磁約束聚變的裝置。然而，托卡馬克等離子體破裂幾乎是不可避免的災(zāi)難性事件。等離子體破裂的危害之一是產(chǎn)生大量的高能逃逸電子，如果不加控制，這些高能的逃逸電子最終將打到裝置第一壁上，對裝置安全運(yùn)行造成嚴(yán)重威脅，因此，對逃逸電子的產(chǎn)生過程進(jìn)行深入的理論研究，找到切實(shí)可行的緩解方案具有重要的意義。
　　電子能否逃逸取決于其速度空間結(jié)構(gòu)，當(dāng)電子

2、速度超過熱速度時，碰撞摩擦力隨電子速度的增加而減小，此時如果電子受到的電場加速力能夠克服摩擦阻力就可以被持續(xù)加速而發(fā)生逃逸。在電磁場中，電子的同步輻射隨電子速度的增加而增強(qiáng)，所以逃逸電子能量還會受到同步輻射的限制，從而不能無限加速。此外，逃逸電子運(yùn)動軌跡受到坐標(biāo)空間的制約，其輸運(yùn)特性決定著逃逸電子的“存活”時間，而磁漲落是影響逃逸電子輸運(yùn)的重要機(jī)制。因此，我們重點(diǎn)研究了同步輻射與隨機(jī)磁漲落對逃逸電子產(chǎn)生過程的影響。
　　等離子體的

3、統(tǒng)計描述方法是解決等離子體相關(guān)問題的有力工具，根據(jù)逃逸電子產(chǎn)生的子過程的不同特征時間尺度，我們應(yīng)用時間尺度分離的方法求解了包含同步輻射與隨機(jī)磁漲落的回旋動理學(xué)相對論性?？?普朗克方程。研究發(fā)現(xiàn)，一個電子能否最終發(fā)生逃逸與其加速率和擴(kuò)散速率緊密相關(guān)。只有電子的加速率快于其擴(kuò)散率時電子才能發(fā)生逃逸。由加速率與擴(kuò)散率的平衡我們得到了逃逸電子被維持的電場，該電場值是隨機(jī)磁漲落水平的正相關(guān)函數(shù)。在給定的磁漲落水平下，實(shí)際電場值小于該維持電場時所有

4、初始產(chǎn)生的快電子都將因加速率小于擴(kuò)散率而損失，從而沒有逃逸電子的產(chǎn)生；只有實(shí)際電場值高于該維持電場值時才會有有限的電子成為逃逸電子。同時發(fā)現(xiàn)電子的最小逃逸動量對磁漲落的變化極其敏感，能量極限受磁漲落的影響不大。另外，要發(fā)生逃逸電子的雪崩增長，逃逸電子僅僅被維持是不夠的，電子需要
　　從電場中獲得更大的加速力。與僅考慮同步輻射的情況相比，同時考慮同步輻射及磁漲落對逃逸電子雪崩過程的影響后發(fā)現(xiàn)，雪崩閾值電場進(jìn)一步提高，逃逸增長率隨著磁