二维磁化尘埃等离子体模拟研究

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尘埃等离子体物理是近年来快速发展起来的新兴学科,特别是上世纪90年代初尘埃等离子体晶体结构发现以来,以尘埃等离子体结构特性、尘埃等离子体波、输运过程为代表的相关研究,成为尘埃等离子体物理研究的重要组成部分。本文采用分子动力学模拟方法对二维磁化尘埃等离子体的动力学特性以及结构特征进行了研究。主要内容包括:考虑等离子体密度分布变化,得到修正屏蔽库伦势的修正解,在此基础上应用分子动力学模拟方法讨论了二维尘埃等离子体系统的动力学以及结构特性,结果发现随着磁场强度增强,等离子体动力学扩散能力依次减弱,在极限条件下,系统的扩散能力显著降低,系统内粒子的受力发生了显著变化,系统结构也发生了明显变化,系统内粒子将会呈圆球状聚合;同时还考虑二维模拟系统的不同初始分布、各种组成成分、带电尘埃粒子间不同相互作用势以及外均匀磁场等因素,对二维尘埃等离子体系统的基本物理过程-弛豫进行了讨论;最后采用速度定标法对二维模拟系统进行加热,初步研究了二维尘埃等离子体系统的过热固态结构。  此外,本文还对杂质离子对反场箍缩下的磁约束聚变温度梯度的影响进行了模拟,并给出了反场箍缩下的杂质模的回旋动理学模拟结果。在对反场箍缩(Reversed Field Pinch-RFP)等离子体的微观漂移不稳定性的研究中,利用回旋动理学积分本征方程方法研究了杂质对离子温度梯度(IonTemperature Gradient-ITG)模的影响。结果表明RFP等离子体中杂质对ITG模的影响与tokamak等离子体中的相关结果类似,当杂质离子和电子的密度梯度方向相反时,杂质效应能增强ITG模的不稳定性。当杂质效应足够强的时候,会有杂质模的出现。同时还发现当电子密度分布比较平坦的时候,RFP中的杂质模比tokamak中的杂质模要稳定的多;只有当电子的密度分布非常陡峭的时候,RFP和tokamak等离子体中杂质模才是同样容易被激发的;同时,又把该本征方程方法应用于RFX-mod实验中,发现在等离子体边缘会有ITG模和杂质模的出现,并可能对该区域的反常输运有影响。  
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