近日，EAST大科學工程團隊孫有文研究員課題組何開洋博士在共振磁擾動（RMP）下高能離子損失模擬研究中取得新進展，自主開發(fā)全軌道模擬程序結(jié)果以“Full-orbit simulation of fast ion loss under resonant magnetic perturbations in the EAST tokamak”為題發(fā)表在核聚變領(lǐng)域權(quán)威期刊Nuclear Fusion，該結(jié)果是繼近期發(fā)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”兩篇成果后又一新進展。

　　托卡馬克中高能離子的充分約束，對現(xiàn)今裝置運行和未來聚變堆成功均至關(guān)重要。RMP作為邊界局域模控制的重要手段之一而被廣泛使用，但其三維效應可能會威脅高能離子的約束。因此，RMP對高能離子約束的影響近年來受到廣泛關(guān)注。課題組近年來利用數(shù)值模擬方式研究RMP下高能離子損失，并取得了一系列新進展。

　　基于對損失粒子的相空間分析，模擬結(jié)果揭示了共振機制在俘獲離子損失中的關(guān)鍵作用（如圖1），以及該機制對RMP譜型的依賴性。研究結(jié)果不僅顯示了線性共振在n=2 RMP下的作用，還表明非線性共振在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。

　　基于對粒子相空間漂移島結(jié)構(gòu)的細致分析，研究首次系統(tǒng)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（如圖2）。該結(jié)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。同時，該結(jié)論對于預測高比壓放電中高能通行離子約束具有重要科學意義。

　　為獲取更加真實的模擬結(jié)果以及滿足未來實驗分析的需求，課題組成員自主開發(fā)了基于全軌道的Monte-Carlo程序SOFT。該程序通過在托卡馬克磁場中求解粒子真實軌道，能夠更加真實地還原高能離子的行為（如圖3）。目前，程序已經(jīng)成功應用于RMP下NBI離子損失特性及其物理機制的分析上。

　　以上研究結(jié)果對于RMP下快離子損失份額評估、物理機制理解和將來損失優(yōu)化方案設計具有重要意義。相關(guān)研究受到國家重點研發(fā)、國家自然科學基金、國家磁約束核聚變能發(fā)展研究專項等項目的資助。

　　論文鏈接：

　　1. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/ab3f80 

　　2. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/abb422 

　　3. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/abbe74 

　　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(qū)間) 

　　圖3: EAST上高能離子軌道示例