近日，核工业西南物理研究院副研究员许少康和合作者在聚变堆杂质输运研究领域取得重要进展。通过大规模动理学数值模拟和理论解析，他们首次发现聚变堆杂质重离子平行漂移频率反转现象，以及由此引发的湍流输运新机制。相关成果发表在国际物理学顶级期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。
图：刊发论文标题
在核聚变装置中，必须使用耐高温材料保护装置内壁。内壁和高温等离子体接触会融化电离，产生杂质离子进入聚变堆内部。杂质辐射导致等离子体能量损失，会降低磁约束核聚变装置能量约束性能，严重时将引起等离子体破裂。因此，杂质输运问题一直是磁约束核聚变研究领域的核心科学问题
许少康在研究工作中提出处理动理学过程的新方法，发现在强磁剪切或高安全因子条件下，电势扰动幅度沿磁力线方向变化很大，电势扰动幅度的二阶导数会对杂质的平行漂移频率产生贡献，导致杂质重离子平行漂移频率在相空间反转，使得平行磁力线方向速度相反的杂质离子具有相同的平行漂移频率。而在以往研究中，受傅里叶变换方法的影响，学术界通常使用平行波数来处理平行磁场方向的动理学过程，据此广泛认为正负平行速度的粒子具有相反的平行漂移频率。此次新发现改变了学术界传统认知。
杂质平行漂移频率反转效应能有效增强捕获电子模湍流模式下杂质向外输运排出，能够有效缓解聚变堆杂质聚芯辐射问题，为提高磁约束装置能量约束性能提供了新的科学依据。该研究结果也表明，磁化等离子体系统中粒子扰动沿磁力线方向具有高度复杂的空间结构。
图： 杂质重离子平行漂移频率沿磁力线方向的空间结构
多位国际知名等离子体物理学家高度评价这一工作，认为该工作跟传统理论相比是一个显著进步(“take a large step beyond the conventional understanding”)，为动理学等离子体湍流研究指出了一条新的研究方向(“a new research direction in kinetic plasma turbulence”)。
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