离子温度梯度驱动的湍流和输运至今乃是磁约束聚变等离子体未完全弄清楚的重要科学问题。该问题的解决对等离子体物理学本身、以及实现聚变这一最终目标均具有重要的意义。90年代大量的实验结果表明电流密度或安全因子在离子温度梯度驱动的湍流和输运中起着重要的作用。然而,目前国际上数值模拟基于的物理模型或解析处理普遍地采用波数和相关导数中包含安全因子间接地反映电流密度的效应。本项目建立一个直接包含了电流密度项的离子温度梯度驱动的漂移波湍流的物理模型。基于该模型,采用数值模拟技术,模拟湍流的各种性质以及湍流引起的热输运系数,并把模拟结果与实验结果,以及国际上已有的理论研究结果进行比较, 发现离子温度梯度驱动的漂移波湍流在电流密度效应下的新性质。
本项目建立了一个直接包含了电流密度项的离子温度梯度驱动的漂移波湍流模型。基于该模型,我们自主开发了一套奇异复本征方程的数值程序。模拟研究了湍流的各种性质,包括剪切流和捕获电子对离子温度梯度不稳定的效应。我们的物理模型和研究结果进一步增加了对托卡马克内部不稳定性和输运的理解,丰富和发展了这方面的知识。我们开发的程序,不仅可应用于离子温度梯度湍流的研究,而且可应用于一般的奇异本征值物理问题的研究,具有推广性。