近日，中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理所EAST大科學工程團隊研究員孫有文課題組的博士何開洋在共振磁擾動（RMP）下高能離子損失模擬研究中取得新進展，自主開發全軌道模擬程序結果以Full-orbit simulation of fast ion loss under resonant magnetic perturbations in the EAST tokamak為題，發表在Nuclear Fusion上。該結果是繼近期發表的Roles of primary and sideband resonances in the confinement of energetic passing ions under resonant magnetic perturbations和Resonant effects on the loss of energetic trapped ions induced by low-n resonant magnetic perturbations兩篇成果後的又一新進展。
託卡馬克中高能離子的充分約束，對現今裝置運行和未來聚變堆成功具有重要意義。RMP作為邊界局域模控制的重要手段之一，被廣泛使用，但其三維效應可能會威脅高能離子的約束。因此，近年來，學界廣泛關注RMP對高能離子約束的影響。合肥研究院的科研人員利用數值模擬方式，研究RMP下高能離子損失，取得了一系列新進展。
基於對損失粒子的相空間分析，模擬結果揭示了共振機制在俘獲離子損失中的關鍵作用（圖1），以及該機制對RMP譜型的依賴性。研究結果顯示了線性共振在n=2 RMP下的作用，表明了非線性共振在n=1 RMP中的作用，揭示了不同三維場條件下高能粒子的共振損失機理。
基於對粒子相空間漂移島結構的細緻分析，研究首次系統性揭示了邊帶共振效應在RMP下通行離子約束中的主導作用（圖2）。該結論否定了以往磁拓撲主導通行離子約束的直觀理解，明確指出RMP譜型中非共振分量的重要作用，對預測高比壓放電中高能通行離子約束具有重要意義。
為獲取更真實的模擬結果及滿足未來實驗分析的需求，科研人員自主開發出基於全軌道的Monte-Carlo程序SOFT。該程序通過在託卡馬克磁場中求解粒子真實軌道，能夠更真實地還原高能離子的行為（圖3）。目前，程序已應用於RMP下NBI離子損失特性及其物理機制的分析中。
上述研究成果對RMP下快離子損失份額評估、物理機制理解和將來損失優化方案設計具有重要意義。研究工作得到國家重點研發、國家自然科學基金、國家磁約束核聚變能發展研究專項等的支持。
論文連結：1、2、3
圖1.損失俘獲離子的相空間分布（g）以及不同能段的共振條件（(a)-(f)）
圖2.邊帶共振效應在漂移島形成中的主導性作用（陰影對應的區間）
圖3.EAST上高能離子軌道示例
【來源：合肥物質科學研究院】
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