聚变与等离子体所一论文入选国际权威期刊Nuclear Fusion月最受读者欢迎论文

    近日，华中科技大学电气学院磁约束聚变与等离子体国际合作联合实验室（International Joint Research Laboratory of Magnetic Confinement Fusion and Plasma Physics，IFPP）陈忠勇等人的论文“J-TEXT托卡马克上锁模对破裂期间逃逸电子的抑制”（Suppression of runaway electrons by mode locking during disruptions on J-TEXT) (Z.Y. Chen et al 2018 Nucl. Fusion 58 082002 )被核聚变领域的国际权威期刊Nuclear Fusion列为2018年7月最受读者欢迎的论文（Most read）之一。

    等离子体破裂缓解是实现托卡马克磁约束聚变能源的关键科学问题之一。破裂期间产生的高能逃逸电子能量可高达几十到几百MeV，当其在无缓解条件下直接轰击装置壁上会造成壁材料的损伤，严重威胁托卡马克装置的安全运行。因此逃逸电子的控制和抑制是当前等离子体破裂缓解的首要任务。外加共振磁扰动抑制逃逸电子的方法是通过共振磁扰动破坏等离子体磁面结构，使得逃逸电子约束变差从而在逃逸电子在还没雪崩增长之前发生快速损失。目前该方法已在国际上多个装置（TEXTOR, DIII-D, JET, J-TEXT等）进行了探索，但其结果较为离散，说明共振磁扰动抑制逃逸电子还有许多关键因素值得研究。

    陈忠勇等人借助于J-TEXT托卡马克先进的扰动场研究了共振磁扰动（m/n=2/1）对破裂期间逃逸电子的抑制。该实验利用大量氩气注入使得拥有预存磁岛的等离子发生破裂，形成稳定的逃逸电流平台。强度为2.8Gs的2/1模式静态共振扰动场在等离子体热淬灭之前投入，用于降低撕裂模的转动频率并实现锁模。通过改变共振扰动场的投入时间，发现当锁模发生时间比等离子体破裂时间提前4ms时，破裂期间的逃逸电子能被完全抑制，如图1所示。其可能原因是大磁岛在破裂期间形成的强烈磁扰动破坏了等离子体中的完整磁面，从而加速逃逸电子的径向输运，促使了逃逸电流的完全抑制。NIMROD模拟也证明了在预存大磁岛条件下，破裂期间产生大规模的随机化使得逃逸电子迅速的损失，抑制了逃逸电流的形成。该论文针对共振扰动场对逃逸电子抑制的影响提出了锁模时间及磁岛宽度对逃逸电流的影响，受到了国内外同行的广泛关注。这篇论文为共振磁扰动对等离子体破裂下逃逸电子的产生和抑制提供了新的思路，对下一代装置上逃逸电子的抑制和控制具有重要参考意义。

图1 锁模时间对逃逸电流的影响。

图2 锁模条件下，（a）热淬灭前磁力线的庞加莱图；（b）破裂后磁力线的庞加莱图

    该工作得到了扰动场组以及J-TEXT团队的大力支持，同时该研究得到国家磁约束聚变能研究专项资助，在此表示感谢！

相关链接：http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/aab2fc