近期，等離子體所理論與數值模擬研究室在托卡馬克中雜質密度內外非對稱分布物理機制研究中取得進展，潘成康副研究員等人提出托卡馬克中科里奧利力效應會導致雜質離子向高場側聚集（內-外不對稱）的物理機制，相關研究成果以“In-Out impurity density asymmetry due to the Coriolis force in a rotating tokamak plasma”為題發表在核聚變領域頂級期刊Nuclear Fusion上。

　　托卡馬克中雜質聚芯會導致聚變燃料稀釋以及輻射能量損失，對等離子體約束和性能產生很大的影響。因此，抑制雜質聚芯對現運行的托卡馬克裝置和未來磁約束聚變堆（比如ITER、CFETR）實現長脈沖高約束穩態運行至關重要。托卡馬克實驗、理論以及數值模擬都表明雜質離子密度在磁面上的內（強場側）外（弱場側）非對稱分布對雜質的徑向輸運有很大影響，從而影響雜質聚芯。但雜質離子密度極向非對稱分布形成的物理機制并未完全搞清楚，現有的理論模型都不能完全解釋托卡馬克實驗中觀察到的現象，尤其是內-外非對稱分布的現象。

　　在托卡馬克中等離子體轉動現象普遍存在，雜質離子的環向與極向轉動會產生科里奧利力效應，科里奧利力效應與磁力線的螺旋性會對雜質離子密度在磁面上的極向分布產生很大的影響，會導致雜質離子密度在磁面上的內-外或外-內非對稱分布。研究發現當雜質離子沿著磁力線從低場側向高場側運動時受到正的科里奧利力時（）會導致雜質離子向高場側聚集，即形成雜質離子密度內-外非對稱分布，如圖一所示。另外主離子密度也會由于科里奧利力效應在磁面上形成內外非對稱分布，為了保持準中性而產生極向電場，這個極向電場也會對雜質離子密度在磁面上的分布產生很大的影響。研究人員提出的理論模型能夠很好地解釋ASDEX Upgrade裝置上的實驗現象，為通過外部手段（控制等離子體轉動）控制雜質聚芯提供了理論基礎。

　　相關研究得到了國家磁約束核聚變能發展研究專項和國家自然科學基金項目的資助。

　　論文鏈接：http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/aadaf3 

　　圖1.物理機制示意圖：(a)，(b) 

　　圖2. 基于理論模型的數值計算