当前位置:首页 >> 学术资讯 >> 科研信息

中国科大发现磁约束聚变等离子体磁轴附近湍流抑制的曲率和低磁剪切效应

2026/01/17

文章导读
磁约束聚变的核心挑战之一,是如何在反应堆核心“驯服”狂暴的等离子体湍流。中国科学技术大学的最新研究,首次揭示了磁轴附近湍流被神秘抑制的深层物理机制:一个由几何曲率和弱磁剪切共同编织的“稳定之笼”。这项发表于《物理评论快报》的重要发现,不仅解开了长期困扰学界的理论谜团,更为未来聚变堆实现高效、稳态运行提供了关键的理论基石。
— 内容由好学术AI分析文章内容生成,仅供参考。

日前,中国科大物理学院工程与应用物理系王少杰教授课题组在磁约束聚变等离子体近轴内部输运垒的形成机制研究中取得重要进展。该研究首次揭示了在托卡马克磁轴附近,几何曲率效应与弱磁剪切协同作用对离子温度梯度(ITG)不稳定性的关键调控机制,阐明了弱磁剪切芯部输运垒的形成原理。1月5日,相关成果以“Effects of Geometric Curvature and Weak Magnetic Shear on the Ion-Temperature Gradient Instability Near the Magnetic Axis in a Tokamak”为题发表在国际著名期刊《物理评论快报》(Phys. Rev. Lett. 136, 015102 (2026))上。

内部输运垒的形成是实现芯部等离子体高约束运行、保证国际热核聚变实验堆(ITER)成功运行的关键。其中,在芯部弱磁剪切位型下自发形成的输运垒被视为最有希望的运行模式。然而,对于ITG湍流如何在磁轴附近被有效抑制,以及弱磁剪切为何在其中不可或缺,其微观物理机制长期以来不甚明晰。

研究团队基于自主发展的五维相空间非线性回旋动理学大规模并行模拟程序NLT,首次对磁轴附近的ITG不稳定性进行了全局线性模拟研究。研究发现,磁轴附近的平均径向电场(Er)势阱仅能在弱磁剪切位型中显著提高ITG模的临界温度不稳定梯度,而在强磁剪切下几乎无效。这一现象来源于几何曲率效应对E×B剪切率的调控。具体表现为,在Er势阱的内半区,几何曲率效应几乎抵消了E×B剪切;而在外半区,其效应则加倍。因此,位于Er势阱内半区的ITG模需要弱磁剪切效应来稳定。

进一步的长时间非线性模拟结果支持了上述线性物理图像,并成功再现了在弱磁剪切位型下ITB的形成过程,而在强磁剪切位型下则无法形成ITB,与实验观察一致。

中国科大发现磁约束聚变等离子体磁轴附近湍流抑制的曲率和低磁剪切效应

图.磁轴附近Er势阱仅在弱磁剪切下抬升ITG临界温度梯度

审稿人认为,该研究揭示了在磁轴附近存在一种新的抑制ITG模湍流的机制。该研究得到了科技部ITER专项,国家自然科学基金委面上项目,以及中国科学院战略性先导科技专项的支持。

中国科大吴天南博士研究生为论文第一作者,王少杰教授为通讯作者。


版权声明:
文章来源中国科大,分享只为学术交流,如涉及侵权问题请联系我们,我们将及时修改或删除。

相关学术资讯
近期会议

2026年智慧教育与数据挖掘国际学术会议(SEDM 2026)(2026-06-27)

2026仪器仪表、先进材料与智能制造国际会议(ICIAMIM 2026)(2026-07-02)

2026年第五届机器学习、云计算与智能挖掘国际会议(2026-07-10)

2026年IEEE第三届先进机器人, 自动化工程与机器学习国际会议(ARAEML 2026)(2026-07-24)

第六届互联网技术与教育信息化国际学术会议 (ITEI 2026)(2026-07-24)

第五届航空航天工程与系统国际研讨会(ISAES 2026)(2026-07-24)

第十届教育、管理与社会科学国际学术会议 (ISEMSS 2026)(2026-07-24)

第六届电气工程与机电一体化技术国际学术会议(ICEEMT 2026)(2026-07-24)

第五届能源与电力系统国际学术会议 (ICEEPS 2026)(2026-07-24)

第九届声学、振动、噪声控制国际研讨会(CAVNC 2026)(2026-08-07)

2026年地质勘察、矿业工程与地球科学国际会议(GEMEES 2026)(2026-8-17)

2026年大气科学、天文学与环境遥感国际会议(IASRE 2026)(2026-8-4)

2026年数字媒体艺术与计算机国际学术会议(DMACS 2026)(2026-7-20)

2026年数字化系统与艺术设计国际会议(ICADDS 2026)(2026-6-28)

2026测量、传感器网络与检测技术国际会议(MSNDT 2026)(2026-6-27)

2026年岩土工程、结构力学与土木建筑国际会议(ICGSMC 2026)(2026-8-5)

2026船舶电子电气工程、轮机工程与航海技术国际会议(SEEEMENT 2026)(2026-7-3)

2026交通运输、能源系统与低碳发展国际会议(ICTELC 2026)(2026-7-26)

2026年计算工程、网络安全与人工智能国际会议(ICEAI 2026)(2026-7-3)

2026年高性能计算与工程仿真国际会议(ICHPCES 2026)(2026-7-30)

小贴士:学术会议云是学术会议查询检索的第三方门户网站。它是会议组织发布会议信息、众多学术爱好者参加会议、找会议的双向交流平台。它可提供国内外学术会议信息预报、分类检索、在线报名、论文征集、资料发布以及了解学术资讯,查找会服机构等服务,支持PC、微信、APP,三媒联动。
综合推荐区