[论文解读] Impact Of A Uniform Plasma Resistivity In MHD Modelling Of Helical Solutions For The Reversed Field Pinch Dynamo

D. Bonfiglio, S. Cappello+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 11, 2016

Plasma Diagnostics and Applications被引用 3

一句话总结

本研究通过SpeCyl代码在3D黏滞-电阻磁流体动力学（MHD）模拟中，研究了在反向场箍缩（RFP）螺旋态中均匀等离子体电阻率的影响。结果表明，均匀电阻率会削弱自激发电机作用，导致边缘反转或非反转平衡态，挑战了轴对称耗散假设的有效性，并强调未来模拟中需采用自洽的螺旋对称电阻率分布。

ABSTRACT

Till now the magnetohydrodynamic (MHD) simulation of the reversed field pinch (RFP) has been performed by assuming axis-symmetric radial time independent dissipation profiles. In helical states this assumption is not correct since these dissipations should be flux functions, and should exhibit a helical symmetry as well. Therefore more correct simulations should incorporate self-consistent dissipation profiles. As a first step in this direction, the case of uniform dissipation profiles was considered by using the 3D nonlinear visco-resistive MHD code SpeCyl. It is found that a flattening of the resistivity profile results in the reduction of the dynamo action, which brings to marginally-reversed or even non-reversed equilibrium solutions. The physical origin of this result is discussed in relation to the electrostatic drift explanation of the RFP dynamo. This sets constraints on the functional choice of dissipations in future self-consistent simulations.

研究动机与目标

• 评估在RFP螺旋态的MHD模拟中，假设轴对称、时间无关电阻率分布的有效性。
• 研究均匀电阻率对螺旋RFP构型中自激发电机作用和平衡结构的影响。
• 评估电阻率分布对称性与RFP自激发电机的静电漂移机制之间的物理解释关系。
• 为未来RFP等离子体自洽MHD模拟中的电阻率函数形式提供约束。

提出的方法

• 采用3D非线性黏滞-电阻MHD代码SpeCyl，模拟反向场箍缩中的螺旋态。
• 在整个等离子体截面上采用均匀电阻率分布，与以往的轴对称径向分布形成对比。
• 在均匀电阻率条件下模拟磁场和速度场的演化，以评估自激发电机作用和平衡反转特性。
• 分析所得磁场结构和电流分布，以确定磁场反转的程度。
• 将模拟结果与RFP自激发电机机制的静电漂移解释相联系。
• 将结果与先前假设非均匀、轴对称电阻率分布的模拟进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 均匀电阻率分布如何影响反向场箍缩螺旋态中的自激发电机作用？
• RQ2 均匀电阻率对RFP平衡态中磁场反转有何影响？
• RQ3 RFP自激发电机的静电漂移机制与电阻率分布对称性有何关联？
• RQ4 均匀电阻率在多大程度上损害了螺旋RFP态中MHD模拟的自洽性？
• RQ5 本研究对未来自洽模拟中电阻率函数形式施加了何种约束？

主要发现

• 与非均匀、轴对称分布相比，均匀电阻率分布显著降低了自激发电机作用。
• 模拟结果表明，系统从反转态过渡到边缘反转或甚至非反转的磁场平衡构型。
• 电阻率分布的平坦化抑制了维持磁场反转所必需的螺旋电流驱动。
• 这种抑制的物理机制与自激发电机中静电漂移的贡献有关，而均匀电阻率会破坏该机制。
• 这些发现表明，轴对称电阻率假设不足以准确建模螺旋RFP态。
• 未来自洽模拟必须引入螺旋对称的电阻率分布，以准确捕捉自激发电机物理机制。