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物理学系仇志勇、陈骝在燃烧等离子体中高能量粒子物理方向取得重要进展

编辑:phyzll 时间:2018年04月02日 访问次数:0

  氘氚聚变反应产生的高能量alpha粒子相关物理是未来聚变堆稳态运行的关键之一,也是聚变等离子体物理研究中的难点。Alpha粒子可以加热燃料离子,维持等离子体的自持燃烧;另一方面,alpha粒子可以通过波—粒子共振激发出对称破坏的集体不稳定性,如环阿尔芬本征模(Toroidal Alfven Eigenmode, TAE),导致alpha粒子的相空间再分布和径向输运,从而破坏等离子体的约束性能;并可能会引起反应堆第一壁的损坏。

 

    聚变理论与模拟中心的仇志勇、陈骝与合作者提出TAE的一种新的非线性饱和机制,即TAE通过参量衰变为磁面对称的测地声模(Geodesic Acoustic ModeGAM)和动理学TAE(Kinetic TAE, KTAE)而达到饱和;同时生成的次级的KTAEGAM,通过朗道阻尼机制分别加热电子和离子,从而达到alpha粒子反常慢化和加热燃料离子(alpha-channeling)的作用。该研究应用基于第一性原理的动理学理论证明,在未来反应堆燃烧等离子体对应的参数范围,这个衰变通道具有较强的反应截面,并给出了在数值模拟和实验上验证这个非线性通道的建议。文章通过耦合的三波非线性方程估算了对应的TAE的饱和强度和对等离子体的加热功率。此外,由于次级激发的GAM属于环向对称的“带状流结构”,可以调节其他类型的湍流如漂移波等,本工作提出的这个非线性过程对改善托卡马克装置的约束性能也有重要意义。

 

    相关论文《Nonlinear decay and plasma heating by a toroidal Alfven eigenmode》发表在Phys. Rev. Letts.上,作者为聚变中心的仇志勇副教授、陈骝教授,意大利ENEA研究所的Fulvio Zonca博士(浙江大学兼任教授)和核工业西南物理研究院的陈伟博士。工作受到自然科学基金、科技部ITER项目和中央高校基本科研业务费的资助。论文链接

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.135001