近日，核工業西南物理研究院副研究員許少康和合作者在聚變堆雜質輸運研究領域取得重要進展。通過大規模動理學數值模擬和理論解析，他們首次發現聚變堆雜質重離子平行漂移頻率反轉現象，以及由此引發的湍流輸運新機制。相關成果發表在國際物理學頂級期刊《物理評論快報》(Physical Review Letters)上。

圖：刊發論文標題

在核聚變裝置中，必須使用耐高溫材料保護裝置內壁。內壁和高溫等離子體接觸會融化電離，產生雜質離子進入聚變堆內部。雜質輻射導致等離子體能量損失，會降低磁約束核聚變裝置能量約束性能，嚴重時將引起等離子體破裂。因此，雜質輸運問題一直是磁約束核聚變研究領域的核心科學問題

許少康在研究工作中提出處理動理學過程的新方法，發現在強磁剪切或高安全因子條件下，電勢擾動幅度沿磁力線方向變化很大，電勢擾動幅度的二階導數會對雜質的平行漂移頻率產生貢獻，導致雜質重離子平行漂移頻率在相空間反轉，使得平行磁力線方向速度相反的雜質離子具有相同的平行漂移頻率。而在以往研究中，受傅里葉變換方法的影響，學術界通常使用平行波數來處理平行磁場方向的動理學過程，據此廣泛認為正負平行速度的粒子具有相反的平行漂移頻率。此次新發現改變了學術界傳統認知。

雜質平行漂移頻率反轉效應能有效增強捕獲電子模湍流模式下雜質向外輸運排出，能夠有效緩解聚變堆雜質聚芯輻射問題，為提高磁約束裝置能量約束性能提供了新的科學依據。該研究結果也表明，磁化等離子體系統中粒子擾動沿磁力線方向具有高度復雜的空間結構。

圖： 雜質重離子平行漂移頻率沿磁力線方向的空間結構

多位國際知名等離子體物理學家高度評價這一工作，認為該工作跟傳統理論相比是一個顯著進步(“take a large step beyond the conventional understanding”)，為動理學等離子體湍流研究指出了一條新的研究方向(“a new research direction in kinetic plasma turbulence”)。

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