ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ АКУСТИЧЕСКИЕ МОДЫ И ЗОНАЛЬНЫЕ ТЕЧЕНИЯ ВО ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЛАЗМЕ ТОКАМАКОВ
НИЦ «Курчатовский институт», Москва, Россия, *****@
Общее равновесие плазмы в осесимметричных токамаках допускает существование как тороидального, так и полоидального вращения. Представлен обзор недавних исследований по влиянию вращения плазмы на геодезические акустические моды (ГАМ), зональные течения и низкочастотные альфвеновские моды в рамках идеальной магнитной гидродинамики (МГД). Приведена система уравнений, описывающих зацепление косых альфвеновских и медленных звуковых мод и определяющих непрерывный спектр МГД колебаний плазмы с равновесными течениями общего вида в осесимметричных тороидальных системах [1]. Эти уравнения использованы для изучения непрерывных спектров колебаний вращающейся плазмы в токамаках с большим аспектным отношением. Показано, что влияние чисто тороидального вращения сводится к увеличению частоты обычной ГАМ. Для равновесия плазмы с неизоэнтропическими магнитными поверхностями найдена новая мода, индуцированная вращением [2] – [4]. Показано, что эта мода обусловлена конвекцией плазмы, и ее частота ниже частоты ГАМ. Эта мода становится неустойчивой для определенных типов равновесий плазмы [4], [5]. Проведен детальный анализ влияния равновесного полоидального вращения плазмы на осесимметричные электростатические возмущения плазмы с (m, n) = 0 (m и n – полоидальное и тороидальное волновые числа) [6]. Показано, что наряду с обычной ГАМ, модифицированной вращением плазмы, и зональным течением с w = 0, благодаря эффекту полоидального вращения существует еще одна мода с частотой, меньшей частоты ГАМ. При медленном полоидальном вращении эту моду можно идентифицировать как звуковую моду с частотой, близкой к звуковой частоте ws=cs/qR (cs – скорость звука, q – коэффициент запаса устойчивости токамака, R – большой радиус). Эта мода исчезает в случае чисто тороидального вращения плазмы. Показано, что мода становится неустойчивой при угловых скоростях полоидального вращения плазмы, превышающих звуковую частоту. В случае асимметричных возмущений с (m, n) ≠ 0 исследована стабилизация этой неустойчивости в результате ее зацепления с косой альфвеновской модой. Кратко обсуждается проблема существования глобальной ГАМ в зазорах непрерывного спектра колебаний.
Литература
[1]. Lakhin V. P., Ilgisonis V. I. and Smolyakov A. I. Phys. Plasmas. 2011. V. 18. P. 092103.
[2]. Van der Holst B., Belien A. J. C. , and Goedbloed J. P. Phys. Plasmas. 2000. V. 7. P. 4208.
[3]. Wang S. Phys. Rev. Lett. 2006. V. 97. P. 085002.
[4]. Lakhin V. P., Ilgisonis V. I. and Smolyakov A. I. Phys. Lett. A. 2010. V. 374. P. 4872.
[5]. Haverkort J. W., de Blank H. J., and Koren B. p. Phys. 2011. V. 53 (in press).
[6]. Ilgisonis V. I., Lakhin V. P., Smolyakov A. I., and Sorokina E. A. Plasma Phys. Control. Fusion. 2011. V. 53. P. 065008.
