托卡马克等离子体中高能量电子与阿尔芬波相互作用的理论与数值模拟研究

Alfenic eigenmodes excited in tokamak plasmas can enhance the transport of energetic particles, so lower the heating efficiency and result in the damage of fusion devices，and in fusion reactors will lower the fusion efficiency. Hence, it is necessary to explore methods to stabilize or control Alfenic eigenmodes in tokamak plasma experiments. In recent tokamak experiments with ECRH or LHW auxiliary heating, it was observed that energetic electrons can stabilize or sometimes destabilize the Alfenic eigenmodes, and so far no theoretical explanation is available. The purpose of this project is to investigate the interaction between energetic electrons and Alfvenic eigenmodes, and present a reasonable theoretical explanation for the experimental observations. Meanwhile, we will numerically calculate the driving or damping of Alfvenic eigenmodes by energetic electrons for EAST experiments with ECRH auxiliary heating, and present reasonable proposals for stabilization of Alfvenic eigenmodes in EAST tokamak.

托卡马克等离子体中阿尔芬本征模的激发能增强高能量粒子的输运，进而降低加热效率和危害装置安全，而在反应堆中还能影响聚变反应效率。所以有必要探索稳定或控制托卡马克中阿尔芬本征模的方法。最近的托卡马克实验发现，电子回旋波或者低杂波辅助加热产生的高能量电子能稳定或者有时能激发阿尔芬本征模，对此还没有理论解释。本项目的目的就是要研究托卡马克中高能量电子与阿尔芬本征模的相互作用，给目前的实验观测现象一个合理的理论解释。同时，结合EAST实验，计算在不同实验参数下电子回旋波辅助加热导致的高能量电子分布，及高能量电子对阿尔芬波的驱动和致稳作用，为EAST实验稳定阿尔芬本征模的方案提供合理建议。

阿尔芬波是托卡马克等离子体物理研究的重要课题，而高能粒子（离子和电子）是激发和稳定阿尔芬波的重要因素。.我们围绕托卡马克中的阿尔芬波展开研究。1. 本项目系统模拟研究了低中心磁剪切条件下的阿尔芬本征模的多重性问题；同时数值模拟发现了零剪切处阿尔芬连续谱的各个间隙之中反剪切阿尔芬本征模 (RSAEs)的多重性。模拟验证了在逆环径比大于当地磁剪切的条件下环阿尔芬模(TAEs)会出现多重性，同时揭示了解析工作遗漏的一些结果；进一步的模拟发现反剪切阿尔芬本征模也会有多重性出现。模拟发现了反剪切阿尔芬本征模的奇/偶型模频率随安全因子的下降扫频方向相反，并对此给出了一个简单的解析解释。2. 我们给出了实验中利用电子回旋波稳定反剪切阿尔芬波的机理。研究表明由于局部压强梯度增强导致电子回旋波产生的高能量电子的进动频率增大到与反剪切阿尔芬波频率可比拟的程度，进而发生共振而稳定反剪切阿尔芬波。.三名博士研究生的受到项目资助而毕业。受项目资助共发表SCI收录论文六篇；参加国内会议多次并作口头报告；参加国际会议两次，分别做口头报告和张贴报告。