托卡马克等离子体中高能量粒子激发的不稳定性的理论和模拟研究

高能量粒子物理是先进托卡马克运行面临的重要研究课题，也是ITER燃烧等离子体实验的主要内容之一。本项目拟结合HL-2A的电子回旋加热（ECRH）、低杂波电流驱动（LHCD）和中性束注入（NBI）加热实验，对由高能量粒子驱动的鱼骨模（fishbone）、高能量粒子模（EPM）、各种可能的阿尔芬本征模（TAE, KTAE, BAE等）和由高能量粒子驱动的测地声模（GAM）开展理论和数值模拟研究，重点研究高能量电子激发的电子鱼骨模（e-fishbone）及鱼骨模第二稳定区的物理机理、上述模式的基本特性及其与其他（如MHD）不稳定性的相互作用和对等离子体约束的影响，力求解释已有的实验观测结果和提出新的实验以验证理论和寻求抑制或控制上述不稳定性的物理因素和条件，探索改善托卡马克中高能量粒子约束性能的新途径。探索燃烧等离子体中，阿尔法粒子通过激发各种不稳定模式与本底等离子体交换能量的可能性。

高能量粒子物理是先进托卡马克运行面临的重要研究课题，同时高能量粒子也是激发众多电磁不稳定性的根源，这些不稳定性在很大程度上影响托克马的约束性能，研究这些不稳定并找出避免这些不稳定性的方法是本课题研究的主要目的。该课题结合HL-2A辅助加热（如离子/电子回旋加热（ICRH/ECRH）、低杂波电流驱动（LHCD）及中性束注入（NBI）加热等）实验，对HL-2A平衡及不稳定性作了大量研究。到目前为止，该课题主要研究了以下几方面的内容，取得了一系列对托克马克实验及理论有用的结果：第一、在电子回旋共振加热实验下，研究了HL-2A托克马克高能量电子驱动的鱼骨模不稳定性及本底等离子体对鱼骨模的影响；第二、研究了HL-2A装置上鱼骨模第二稳定区，结果表明，当高能量电子比压主高于某一阈值时，可以激发鱼骨模，鱼骨模增长率先随比压的增加而增大，当增大到一个最大值后反而随比压增加而减小，当比压增大到第二个阈值时，鱼骨模変稳定。就是说，鱼骨模在高比压区可以形成第二稳定区；第三、同时考虑有效拉莫尔半径及轨道宽度效应情况下，对高能量粒子驱动的测地声模作了数值模拟研究；第四、研究了碳、氧及钨等杂质离子对动力学剪切阿尔芬波的影响；第五、研究了由于反常电子粘滞效应激发的撕裂模的非线性发展。第六、研究了弹丸加料注入条件下，HL-2A反磁剪切平衡位形以及HL-2M“雪花”偏滤器平衡位形。