Optimizing stellarators for large flows
Optimizing stellarators for large flows
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优化仿星器以实现大流量
DOI：
10.1088/0741-3335/56/9/094003
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发表时间：
2014
影响因子：
2.2
通讯作者：
Calvo I
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Calvo I
仿星器中的等离子体流动受到抑制，因为它们本质上不是双极性的，不像托卡马克，在托卡马克中，通量表面平均径向电流在径向电场的任何值下都消失。只有准对称仿星器本质上是双极的，但在非轴对称环面结构中，精确的准对称是不可能实现的。通过计算由于偏离准对称而导致的固有双极性的破坏，可以推导出评估仿星器在实践中何时可以被认为是准对称的标准，即当流动阻尼足够弱时。我们用α表示一个小参数，它控制着准对称磁场扰动的大小。最近的研究表明，如果扰动的梯度足够小，对于任何碰撞值，磁通表面平均径向电流的尺度都为α 2。当扰动梯度较大时，二次标度被更不利的二次标度所取代。本文对具有大梯度的扰动进行了严格的处理。特别地，证明了在低碰撞情况下，具有大梯度的扰动最多产生O （| α|）的准对称偏差。文献中的启发式估计错误地预测了O （| α| 3/2）偏差。
Plasma flow is damped in stellarators because they are not intrinsically ambipolar, unlike tokamaks, in which the flux-surface averaged radial electric current vanishes for any value of the radial electric field. Only quasisymmetric stellarators are intrinsically ambipolar, but exact quasisymmetry is impossible to achieve in non-axisymmetric toroidal configurations. By calculating the violation of intrinsic ambipolarity due to deviations from quasisymmetry, one can derive criteria to assess when a stellarator can be considered quasisymmetric in practice, ie when the flow damping is weak enough. Let us denote by α a small parameter that controls the size of a perturbation to an exactly quasisymmetric magnetic field. Recently, it has been shown that if the gradient of the perturbation is sufficiently small, the flux-surface averaged radial electric current scales as α 2 for any value of the collisionality. It was also argued that when the gradient of the perturbation is large, the quadratic scaling is replaced by a more unfavorable one. In this paper, perturbations with large gradients are rigorously treated. In particular, it is proven that for low collisionality a perturbation with large gradient yields, at best, an O (| α|) deviation from quasisymmetry. Heuristic estimations in the literature incorrectly predicted an O (| α| 3/2) deviation.
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