托卡马克等离子体中的磁流体力学模式研究

从实验、理论和数值模拟三个方面探索主动控制下的托卡马克高参数、高约束运行状态，研究与约束改善运行模式相关的磁流体力学（MHD）不稳定性特征。重点研究边缘、内部输运垒的形成及伴随的非线性MHD不稳定性，如边缘局域模、新经典撕裂模（NTMs）和电阻壁模及其相互作用；研究高参数运行状态下最严重的能量约束极限即高βN下出现的新经典撕裂模；探索和掌握MHD不稳定模式的主动控制技术：包括各种反馈控制线圈的设计与运用、等离子体形状的调节、中性束/射频波注入、超声分子束或弹丸注入以及先进偏滤器位形的运用等；运用这些主动控制技术，探索各种高约束模式放电，包括边缘H模、VH模、中心负剪切模等约束性能增强模式，寻找新的高参数运行区；完善和发展MHD的数值模拟方法和编码（Code），为上述研究提供有效的分析工具。本项目的完成将为托卡马克等离子体的主动控制与约束改善提供重要的实验和理论依据。

本项目在2010-2014年度按计划开展和实施了有关研究工作，并顺利完成各年度任务。结合国际上该领域的研究前沿和国内已有基础和条件，本着有限目标，重点突破，以及理论和数值模拟与物理实验研究相结合的原则，并根据国内两大托卡马克装置HL-2A、EAST先后实现高约束模式放电的重大进展及国际联合环装置研究的需求，拓展了研究内容, 将研究方向调整到更为前沿的高能电子驱动的磁流体力学模式研究、边缘局域模研究、放电破裂研究等上三个方面: 开展了HL-2A、EAST装置边缘局域模的磁流体力学模式分析研究；在HL-2A装置上开展了高能电子驱动的磁流体力学模式研究；在J-TEXT装置上开展了等离子体破裂放电条件下撕裂模不稳定性的实验研究。 通过项目的实施，依托上述三个托卡马克装置，通过加强国内外合作交流(国内包括北京大学、大连理工大学等,国外有欧洲（JET）、美国（DIII-D）、日本（LHD）、韩国（KSTAR）等), 在磁流体力学模式研究上完成多项具有国际前沿性的实验和理论研究成果。这些新的研究成果已经在国际会议上交流或在国内外主要刊物发表或准备发表。一些成果，如大锯齿周期的控制，电子驱动的BAE等，引起国内外同行高度重视。在第23届IAEA聚变能大会上，有三篇有关MHD物理方面的研究报告发表，其中一篇口头报告。在大会的总结报告中，在国际上首次观测到高能电子激发的比压阿尔芬本征模这项科研成果得到大会确认，并获得国际同行的高度认可。这些新的实验研究成果已经在国际会议上交流或在国内外主要刊物发表或准备发表。自2010年，共发表文章68篇，其中发表SCI收录的期刊文章48篇，其中在国际聚变一流刊物Physical Review Letters上1篇，Nuclear Fusion 上6篇，Physics of Plasmas上5篇，Plasma Phys. Control. Fusion上2篇， Rev. Sci. Instrum上8篇等。