Nonlinear saturation of drift instabilities, turbulence and transport in plasma sheared flows in magnetic field
Numerical model of turbulent transport in plasma sheared flows is discussed. Nonlinear transformation of finite amplitude
waves and wave packets is considered. Model equation for amplitudes takes into account growth (with
growth rate near the linear value) and nonlinear transport with effective diffusivity depending on amplitude. Averaged
values of local diffusivities correspond to the conditions of existence of stationary solutions of the model equation.
For the linear profile of sheared flow velocity obtained results good agree with well known results of media
deformation theory. Our model the features of appearance, saturation and decay of turbulence structures in different
devices are taken into account. We consider applications of suggested model for the plasmas of open magnetic trap
and field reversed magnetic configuration.
Обсуждается численная модель турбулентного транспорта в сдвиговых течениях плазмы. Рассматривается
нелинейная трансформация волн и волновых пакетов конечной амплитуды. Модельное уравнение для амплитуд учитывает нарастание (с инкрементом порядка линейного) и нелинейный транспорт, характеризуемый
эффективным коэффициентом турбулентной диффузии, зависящим от амплитуды. Средние значения локальных коэффициентов диффузии соответствуют условию существования стационарных решений модельного
уравнения. Для случая линейного распределения скорости сдвигового течения получено хорошее согласие
численных результатов с известным результатом теории деформации жидкой частицы. В нашей модели учитываются закономерности возникновения, насыщения и распада турбулентных структур, наблюдаемых в
экспериментах на установках различных типов. Рассатривается применение сформулированной модели для
плазмы открытой магнитной ловушки и обращенной магнитной конфигурации.
1. Wolf R.C. Internal transport barriers in tokamak plasmas // Plasma Phys. Contol. Fusion. 2003. Vol. 45. P. R1–R91.
2. Connor J.W., Fukuda T., Garbet X., et al. A review of internal transport barrier physics for steady-state operation of tokamaks // Nucl. Fusion. 2004. Vol. 44. P. R1–R49.
3. Itoh K., Itoh S.-I. The role of the electric field in confinement// Plasma Phys. Control Fusion. 1996. Vol.38. Pp.1–49.
4. Burrel K.H. Effects of E×B velocity shear and magnetic shear on turbulence and transport in magnetic confinement devices // Phys. Plasmas. 1997. Vol. 4. P. 1499–1518.
5. Dupree T.H. Nonlinear theory of drift-wave turbulence and enhanced diffusion // Phys. Fluids. 1967. Vol. 10. Pp. 1049–1055.
6. Garbet X., Waltz R.E. Action at distance and Bohm scaling of turbulence in tokamaks // Phys. Plasmas. 1996. Vol. 3. Pp. 1898–1907.
7. Horton W., Park H.-B., Kwon J.-M., et al. Drift wave test particle transport in reversed shear profile // Phys. Plasmas. 1998. Vol. 5. Pp. 3910–3917.
8. Kwon J.-M., Horton W., Zhu P., et al. Global drift wave map test particle simulations // Phys. Plasmas. 2000. Vol. 7. Pp. 1169–1180.
9. Khvesyuk Vol.I., Chirkov A.Yu., Pshenichnikov A.A. Analysis of influence of the radial electric field on turbulent transport in a tandem mirror plasma // J. Plasma Fusion Res. Series. 2000. Vol. 3. Pp. 150–153.
10. Khvesyuk Vol.I., Chirkov A.Yu. Stochastic drift wave model for anomalous transport in tandem mirror and FRC // Fusion Technol. 2001. Vol. 39 (1T). Pp. 398–401.
11. Хвесюк В.И., Чирков А.Ю. Анализ закономерностей рассеяния частиц плазмы на нестационарных флуктуациях // ЖТФ. 2004. Т. 74, Вып. 4. С. 18–26.
12. Хвесюк В.И., Чирков А.Ю., Ковалев А.В. Некоторые особенности стохастической динамики частиц в замагниченной плазме // Физика плазмы. 2002. Т. 28. С. 854–857.
13. Chirkov A.Yu., Khvesyuk Vol.I., Ryzhkov S.Vol. Numerical Investigation of Anomalous Diffusion in Nonuniform Plasma with Drift Waves // in 29th EPS Confer. on Plasma Phys. and Contr. Fusion, Montreux, 17-21 June, 2002. ECA. 2002. Vol. 26B. Paper P-5.066.
14. Стохастические модели структурной плазменной турбулентности / Под. ред. В.Ю. Королева и Н.Н. Скворцовой. М.: МАКС Пресс, 2003.
15. Руденко О.В. Математические модели, точные решения, методы анализа // Нелинейные волны’ 2006 / Под ред. А.В. Гапонова-Грехова, В.И. Некоркина. Н. Новгород: ИПФ РАН, 2007. С. 139−150.
16. Хвесюк В.И., Чирков А.Ю. Нелинейные явления, связанные с распространением дрейфовых волн в плазме // Вопросы атомной науки и техники. Сер. «Физика плазмы». Т. 12, № 6. С. 112–114.
17. Tasso H. A non-linear equation for drift waves // Phys. Lett. A. 1997. Vol. 232. Pp. 247–251.
18. Кадомцев Б.Б. Коллективные явления в плазме. М.: Наука, 1976.
19. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. VI. Гидродинамика. М.: Наука, 1988.
20. Mase A., Jeong J.H., Itakura A. et al. Ambipolar potential effect on a drift-wave mode in tandem-mirror plasma // Phys. Rev. Lett. 1990. Vol. 64. Pp. 2281–2284.
21. Mase A., Itakura A., Inutake M. et al. Control of the radial electric field and of turbulent fluctuations in a tandem mirror plasma//Nuclear Fusion. 1991. Vol. 31. Pp. 1725–1733.
22. Carlson A.W. A search for lower-hybrid-drift fluctuations in a field reversed configuration using CO2 heterodyne scattering // Phys. Fluids. 1987. Vol. 30. Pp. 1497–1509.
23. Okada S., Ueki S., Himura H., et al. Measurement of magnetic field fluctuation in a field-reversed-configuration plasma // Fusion Technol. 1995. Vol. 27 (1T). P. 341–344.
24. Asai T., Suzuki Y., Yoneda T. et al. Experimental evidence of improved confinement in a high-beta field-reversed configuration plasma by neutral beam injection // Phys. Plasmas. 2000. Vol. 7. Pp. 2294–2297.
25. Чирков А.Ю. О скейлингах для времени удержания плазмы в обращенной магнитной конфигурации // Прикладная физика. 2007. № 2. С. 31–36.
