首页 . 理学 . 物理学 . 等离子体物理学 . 等离子体输运

反常输运

/anomalous transport/
条目作者王龙

王龙

最后更新 2022-01-20
浏览 231
最后更新 2022-01-20
浏览 231
0 意见反馈 条目引用

各种物态中与传统输运理论不符的输运现象。如输运流(粒子流、能流、电流等)和输运量(粒子密度、温度、电场等)间的非线性关系,或者长程相关(即时空的远距离作用)等现象。现在主要指磁约束等离子体中的与经典输运理论和环形等离子体中的新经典输运理论不符的现象。

英文名称
anomalous transport
所属学科
物理学

这种反常输运一般较预期的输运高得多,从而降低了等离子体的约束性能,成为当前等离子体物理和受控聚变研究的重点。一般的反常输运可能存在各种不同的产生机构,而磁约束等离子体的反常输运主要来自各种等离子体不稳定性。

根据经典输运理论,等离子体中的带电粒子在横越磁场方向的输运系数(主要指粒子输运和能量输运)与粒子密度成正比,与约束磁场强度的二次方成反比。但很早就发现,实际的等离子体约束不符合这一规律。实验中发现约束性能较此输运理论预期的要差得多,也不与磁场强度的二次方成反比。这样在1949年总结出输运系数与磁场强度成反比的玻姆扩散,并在以后的实验中以此规律作为判断约束性能的标准。

20世纪70年代以后,以托卡马克为代表的环形装置成为磁约束聚变研究主流,等离子体输运研究也集中于环形等离子体。在此期间发展了针对环形磁场位形中粒子运动特征的新经典输运理论。这一理论解释了部分实验现象,但根据这一理论预测的输运系数仍低于实验值。后来的大量实验结果证实这一反常输运主要来自以漂移波为主的微观不稳定性。如实验中发现,输运系数和等离子体涨落水平高度相关。80年代以后,在托卡马克和其他类型磁约束装置上实现了各种改善约束态,在降低涨落水平的同时改善了约束性能。在这样的运行条件下,等离子体芯部的能量输运和粒子已接近新经典理论水平,而边界区仍以湍流输运为主。由于存在各种漂移波类型并由此产生不同尺度和作用的相干结构,观察到多种反常输运现象,如等离子体参数的刚性轮廓、瞬态输运等。

现今与环向旋转相关的环形等离子体的动量矩输运成为研究重点。实验结果证实,这一矩输运也高于新经典理论的预期,接近能量输运水平。此外,还观察到一种湍流驱动的自发旋转现象。

平行磁场方向驱动电流的实验结果符合考虑到捕获粒子作用的新经典电导公式。但在电流上升阶段观察到电场渗透的趋肤效应往往是反常的。可用双撕裂模等宏观不稳定性及其他机制解释这一现象。

相关条目

阅读历史

    意见反馈

    提 交

    感谢您的反馈

    我们会尽快处理您的反馈!
    您可以进入个人中心的反馈栏目查看反馈详情。
    谢谢!