場反轉型磁場結構(Field-reversed configuration)(簡稱FRC) 是一種較
新的侷限電漿裝置，它有許多優點，如簡單的圓柱幾何，所以工程上較容
易施工；有高的β值，所以單位輸出功率大。目前又已成功的將電漿平移
，此性質允許較有效絕熱壓縮加熱及將高技術性的形成裝置與燃燒室分離
，以上這些優點使得FRC很有研究價值。現今FRC 的形成時間已達數百微
秒，而且已克服觀察到的不穩定性，如撕裂不穩定性(tearing
instability) 和旋轉不穩定性(rotating instability)，不過目前的瓶
頸是侷限問題。 FRC 邊離層(edge layer)的特性與侷限時間關係非常密
切，實驗發現邊離層的粒子並非很自由的離開FRC ，一般相信必有一種機
制能阻擋粒子的脫逃，此機制可能會影響FRC 的不穩定性。有些研究者提
出其原因為靜電位的形式，雖能定性解釋邊離層異常好的侷限性質，但尚
未能作定量解釋。本論文首先提出希耳渦旋模式(Hill's Vortex model)
的分佈函數，希耳渦旋模式廣泛應用於FRC 、FRM(Field-reversed
Mirror)，它是二維場結構裡最簡單，又有解析解的平衡模式，因此用途
廣泛。本論文再提出磁鏡對FRC 侷限的效應，導出相空間中的侷限準則。
以前面提出的希耳渦旋模式分佈函數為基礎，利用相空間積分法，求出非
侷限粒子的損失率及總粒子數。因而算出邊離層粒子的侷限時間，計算顯
示它能定量解釋邊離層的侷限時間，同時對其它異常現象也能定性說明，
如粒子脫離FRC的速度比熱平均速度快。

摘要
目錄
圖目錄
表目錄
第一章 前言
第二章 文獻回顧
第三章 場反轉型磁場結構(Field-reversed configuration,FRC)的概論
3-1 FRC的簡介
3-2 FRC實驗的歷史
3-3 FRC的研究
第四章 平衡理論
4-1 動力理論(kinetic theory)與磁流體動力(MHD)理論
4-2 質點動力學與守衡律
4-3 平衡狀態的分佈函數
4-4 平衡狀態下FRC的電場、磁場
4-5 磁場的計算方法
第五章 希耳渦旋模式(Hill's Vortex model)的分佈函數
5-1 希耳渦游模式的分佈函數
5-2 修正的希耳渦旋模式分佈函數
第六章 粒子軌跡
6-1 離子運動方程式與歸一化(normalization)
6-2 電腦模擬
6-3 程式用法
第七章 侷限研究
7-1 速度空間粒子損失靈Velocity space particle loss, VSOL)
7-2 磁鏡Mirror)效應
7-3 VSPL與磁鏡效應
7-4 侷限時間
第八章 邊離層的侷限
8-1 邊離層的測量
8-2 實驗結果
8-3 軸向侷限的增強機制
第九章 τp的數值計算與結果
9.1 δ的計算
9.2 非侷限粒子數
9.3 τp的計算
9.4 離子碰撞頻率
9.5 結果與別人論文比較
9.6 未來研究與建議
參考文獻
附錄