电子自碰撞项对射频波电流驱动及电子逃逸的影响的理论与数值研究

托卡马克中的射频波电流驱动能提供大环方向的等离子体电流，并能对电流分布进行调节，从而改善约束性能。电子自碰撞项对射频波电流驱动有重要影响。环几何下低碰撞"香蕉区"的轨道平均引入磁场的几何效应对电子碰撞项的影响，使得电流驱动的伴随方程的解含有多阶勒让德谐频。而现有的线性理论仅包含一阶勒让德谐频对电子碰撞的贡献。本工作拟考虑多阶勒让德谐频对相对论电子碰撞项的贡献，并把它应用于伴随方程的近似解析求解与数值解，这将能拓展现有的电流驱动理论，并可用于进一步改进电流驱动的数值程序。此外，稳定电场作用下的电子逃逸问题与电子的自碰撞模型密切相关，我们拟使用满足动量守恒的相对论电子自碰撞模型，数值研究电子的稳态逃逸率与电场的依赖关系。这将为ITER与EAST上的逃逸电子产生机制提供更准确的解释。

本项目研究电子碰撞模型对电流驱动及电子逃逸的影响。按照项目计划，本项目开展了以下三个方面的具体工作：1. 研究了完整电子自碰撞算符下的中性束电流驱动中的电子屏蔽电流； 2. 电子碰撞模型对低杂波电流驱动效率的影响；3. 电子碰撞模型对电子逃逸率的影响。 相关结果，发表了以项目负责人为第一作者的SCI论文2篇。对中性束电流驱动中的电子屏蔽电流问题，基于完整碰撞模型的漂移动理学模拟结果，提出了一个可以计算一般托卡马克位型、任意碰撞区下的中性束电流驱动的电子屏蔽电流公式，该工作推广了前人的中性束电流驱动的理论，得到的公式适用于任意的碰撞区，可以方便地应用到计算中性束电流驱动的数值模拟程序中，提高这些程序的模拟能力。对电子自碰撞模型对低杂波电流驱动效率影响方面，全相对论下的电流驱动效率一般小于半相对论的结果，但在电子温度小于25keV（ITER的电子温度）时，二者相对误差可以忽略。另一方面，在电子温度较低时（小于2keV），动量守恒碰撞模型与动量不守恒电子碰撞模型给出的电流驱动效率吻合得很好，但对ITER的高电子温度情况（25keV）, 动量不守恒电子碰撞模型显著低估了电流驱动效率。通过数值求解电子分布函数在二维速度空间内的演化，计算了稳态电场作用下的电子逃逸问题，比较了动量守恒与动量不守恒相对论电子碰撞项情况下的逃逸率。结果表明动量守恒碰撞项给出的电子逃逸率大于动量不守恒碰撞项给出的结果。