磁约束聚变等离子中高能量粒子湍流和输运的大规模数值模拟研究

本项目通过开发和发展基于第一原理（First-principles）的非线性回旋动力论（Gyrokinetic）大规模粒子（Particle-in-cell）模拟程序，模拟高能量粒子（Energetic Particles，EP）在高参数、高性能运行的磁约束聚变等离子体中的湍流和输运问题：在环几何阿尔芬禁带（Toroidal Alfven Gap）和低频的动力学热粒子禁带（Kinetic Thermal Ion Gap）中，高能量粒子驱动的单环向模数n阿尔芬本征模（Alfven Eigenmode）和高能量粒子模（Energetic Particle Mode）的线性和非线性数值模拟。目标是通过与不同软件之间的校验（Verification）、以及与实验的比较（Validation），发展能预言高能量粒子物理过程、评估EP对燃烧等离子体（Burning Plasma）运行效率影响的软件。

托卡马克等离子体大规模数值模拟研究课题组以基于第一原理的大规模数值模拟（Simulation）和建模（Modeling）为手段，通过等离子体物理与计算机科学、计算数学等学科交叉合作，围绕快粒子物理这一磁约束聚变领域中长期关注的关键问题，系统地开展了快粒子激发阿尔芬本征模的相关线性和非线性物理基础研究，仔细考察了快粒子激发环耦合阿尔芬本征模和快粒子模的物理机制，研究了阿尔芬本征模的非线性扫频现象的驱动机制。本课题自启动以来，通过这三年的努力，紧紧围绕课题任务书规定的研究内容、方案和技术路线开展工作，圆满地完成了预期目标和研究计划。