磁岛对快粒子输运的影响的研究

Self-burning D-T plasmas is one of the basic problems and challenges of the International Thermonuclear Experiments Reactor (ITER) and future fusion Reactor. In the self-burning D-T plasmas, there are lots of alphas generated by D-T fusion reactions and other energetic particles generated by auxiliary heating. Understanding the confinement and transport of energetic particles is therefore critical. In plasmas, the exist of magnetic islands can not be avoided. The exist of magnetic islands will change the topology of magnetic field, and will affect the confinement and transport of energetic particles. Thus, the study on the transport of energetic particles with islands is also important. So far, the study on this aspect has only begun. In this project, we will study the physical mechanism of transport of energetic particles with the islands, and compare with the experiments. Meanwhile, we will study this problem by simulation, and compare with analytical results, in order to explore the possibility of improve the confinement of energetic particles. Hence, the applying project is important for exploring the effects of magnetic islands on the transport of energetic particles in ITER and future fusion Reactor.

实现自持"燃烧"的氘氚等离子体是国际热核聚变实验堆（ITER）计划和未来的聚变反应堆的一个基本问题和挑战。在自持"燃烧"的氘氚等离子体中，聚变产物alpha粒子和辅助加热产生的快粒子普遍存在。因此，快粒子的约束和输运是ITER计划和未来聚变堆的一个关键性问题。在等离子体中，磁岛的存在是不可避免的。磁岛的存在改变了磁场的拓扑结构，因而会影响快粒子的约束和输运。从而，磁岛存在时，快粒子的输运的研究也是一个重要的问题。目前，这方面的研究刚起步。本项目将研究旋转磁岛存在时，快粒子输运的物理机制，并与实验相比较，同时利用数值模拟研究，与理论相互印证，以更好的理解磁岛存在时快粒子的输运机制，探索改善快粒子约束的可能性。因此，所申请的项目对探索ITER以及未来聚变反应堆中磁岛对快粒子输运影响的机制有重要的意义。

实现自持“燃烧”的氘氚等离子体是国际热核聚变实验堆（ITER）计划和未来的聚变反应堆的一个基本问题和挑战。在自持“燃烧”的氘氚等离子体中，聚变产物alpha 粒子和辅助加热产生的快粒子普遍存在。因此，快粒子的约束和输运是ITER 计划和未来聚变堆的一个关键性问题。撕裂模（包含新经典撕裂模）与快粒子会发生有效的相互作用，快粒子会影响撕裂模的稳定性，同时撕裂模会影响快粒子的输运。经过四年的研究，我们分别研究了快粒子对撕裂模、新经典撕裂模、阿尔芬本征模的影响，揭示了快粒子与新经典撕裂模相互作用的物理机制，为下一阶段进一步详细的模拟研究和实验研究提供了一定的指导。这方面的研究成果，有助于理解快粒子与新经典撕裂模的作用机制，提出了控制新经典撕裂模的一种可能机制，对进一步探索ITER以及未来的托卡马克聚变反应堆中快粒子对新经典撕裂模的影响和控制方法有重要的意义。同时，我们根据当前国际热核聚变热点问题，进行了一定的拓展研究，在逃逸电子物理做了一定的研究，并取得了一定的成果，相应的文章被评为2015年Nuclear Fusion的Highlight。.以上的研究成果在国内外会议上做过多次报告。研究工作比计划略有拓展。四年内在SCI学术刊物上发表七篇论文，另外两篇论文刚被接收。