格拉德-沙弗拉諾夫方程[格拉德-沙弗拉諾夫方程]

格拉德-沙弗拉諾夫方程[格拉德-沙弗拉諾夫方程]
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格拉德-沙弗拉諾夫方程為理想電漿中用角向磁通描述電漿平衡的方程。該方程最初的形式為二維的,但也可以通過一維格拉德-沙弗拉諾夫方程來描述一維螺旋磁鏡位形的電漿平衡。

詳解

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其中 為磁導率,為壓強,

磁場與電流由下式給定:

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的具體形式為:

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二維方程

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推導(在平板坐標中)

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在下文中,假設系統是二維的 作為不變軸,即適用於所有數量。然後磁場可以用笛卡爾坐標寫成

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或者更緊湊

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哪裡是面內(x和y分量)磁場的矢量勢。請注意,基於 B的這種形式,我們可以看到 A在任何給定的磁場線上都是常數,因為到處都是垂直於 B的

通過壓力和磁力的平衡來描述二維靜止的磁結構,即:

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其中 p是電漿壓力, j是電流。眾所周知, p是沿著任何場線的常數,(從那以後)到處都是垂直於 B)。另外,二維假設()表示左手側的z分量必須為零,因此右手側磁力的z分量也必須為零。這意味著,即 平行於.

上一個等式的右側可以分為兩部分:

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哪裡{\ displaystyle \ perp}下標表示垂直於平面的平面中的分量-軸。該 上述等式中的電流分量可以用一維矢量勢寫成

飛機場是

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並且使用Maxwell-Ampère方程,平面內電流由下式給出

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這些結果可以代入表達式中 產量:

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以來和 是一個沿著場線的常量,只有因此 和。因此,分解出來和重新排列術語產生 Grad-Shafranov方程

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