先进托卡马克中电子回旋波和快波联合非感应电流驱动的理论研究

本课题利用电子回旋波和离子回旋频率区域内的快波能传播到高温、高密度的等离子体中心驱动等离子体电流的特性，在先进托卡马克聚变堆级等离子体条件下，从理论上开展利用电子回旋波和快波联合非感应驱动等离子体电流的相关物理问题的研究。一方面，研究和求解两波作用下描述电子速度分布的Fokker-Planck方程，结合求解快波全波方程、电子回旋波在等离子体中传播的波迹方程，获得两波在等离子体中驱动的电流、功率沉积和驱动效率；另一方面，研究两波联合驱动电流时的协同相互作用对电流驱动的影响，研究影响电流驱动效率的因素和利用两波联合驱动控制等离子体电流分布的可行性，从理论上获得提高非感应电流驱动效率、有效地利用两波联合驱动控制等离子体电流分布，从而提高体系的约束性能的途径。开展这一课题的研究对目前开展磁约束受控核聚变实验研究及将来实现托卡马克聚变堆高性能稳态运行具有重要意义。

在先进托卡马克聚变堆级等离子体条件下，从理论上开展利用电子回旋波（ECW）和快波(FW)联合非感应驱动等离子体电流的相关物理问题的研究。首先，从等离子体平衡方程出发研究了托卡马克中等离子体的平衡位形；然后，利用等离子体平衡信息和色散关系，采用程函近似方法，求解波迹方程得到电子回旋波在托卡马克等离子中的波迹。与此同时，求解快波在等离子体中的全波方程，得到快波产生的电场，以获得电子在速度空间中受快波和电子回旋波电场作用下产生的准线性扩散系数。进而沿电子回旋波的波迹数值求解 Fokker-Planck 方程，求出两波联合驱动电流。研究表明，在Tokamak全域条件下，由于捕获粒子效应的存在，快波和电子回旋波联合驱动电流时，存在非常强的负协同效应。最后，研究了电子回旋波输入功率、极化成分，快波扩散系数等物理因素对此种负协同效应的影响。本课题的研究成果对快波与电子回旋波联合电流驱动的实验开展、将来聚变堆的设计以及相关核聚变实验研究具有重要意义。