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物理學系仇志勇、陳騮在燃燒等離子體中高能量粒子物理方向取得重要進展

編輯:phyzll 時間:2018年04月02日 訪問次數:1786

  氘氚聚變反應產生的高能量alpha粒子相關物理是未來聚變堆穩態運行的關鍵之一,也是聚變等離子體物理研究中的難點。Alpha粒子可以加熱燃料離子,維持等離子體的自持燃燒;另一方面,alpha粒子可以通過波—粒子共振激發出對稱破壞的集體不穩定性,如環阿爾芬本征模(Toroidal Alfven Eigenmode, TAE),導致alpha粒子的相空間再分布和徑向輸運,從而破壞等離子體的約束性能;并可能會引起反應堆第一壁的損壞。

 

    聚變理論與模擬中心的仇志勇、陳騮與合作者提出TAE的一種新的非線性飽和機制,即TAE通過參量衰變為磁面對稱的測地聲模(Geodesic Acoustic ModeGAM)和動理學TAE(Kinetic TAE, KTAE)而達到飽和;同時生成的次級的KTAEGAM,通過朗道阻尼機制分別加熱電子和離子,從而達到alpha粒子反常慢化和加熱燃料離子(alpha-channeling)的作用。該研究應用基于第一性原理的動理學理論證明,在未來反應堆燃燒等離子體對應的參數范圍,這個衰變通道具有較強的反應截面,并給出了在數值模擬和實驗上驗證這個非線性通道的建議。文章通過耦合的三波非線性方程估算了對應的TAE的飽和強度和對等離子體的加熱功率。此外,由于次級激發的GAM屬于環向對稱的“帶狀流結構”,可以調節其他類型的湍流如漂移波等,本工作提出的這個非線性過程對改善托卡馬克裝置的約束性能也有重要意義。

 

    相關論文《Nonlinear decay and plasma heating by a toroidal Alfven eigenmode》發表在Phys. Rev. Letts.上,作者為聚變中心的仇志勇副教授、陳騮教授,意大利ENEA研究所的Fulvio Zonca博士(浙江大學兼任教授)和核工業西南物理研究院的陳偉博士。工作受到自然科學基金、科技部ITER項目和中央高校基本科研業務費的資助。論文鏈接

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