1.开发适用于聚变等离子体环境多组分高能量粒子的数值模拟模型

2.分析聚变等离子体中不同参数(等离子体密度、温度安全因子、高能量粒子的组分等)对AE激发特性的影响

3.提出基于AE控制的等离子体稳定性优化策略。

1.数值模拟模型构建:采用高能量粒子动理学结合理想磁流体(MHD)模型,构建适用于描述聚变等离子体中AE行为的数值模拟框架。该框架将考虑多组分高能量粒子。

2.AE激发机制研究:通过数值模拟,分析中性束注入、射频波加热、氘氚聚变产物alpha粒子等高能量粒子驱动下AE的激发过程,探讨激发的物理机制。

3.参数敏感性分析:改变磁场强度、等离子体密度、温度等参数,观察AE激发特性的变化,以识别影响AE激发的关键因素。

4.稳定性优化策略:基于AE控制的数值模拟结果,提出改善等离子体稳定性的具体措施,如调整磁场配置、优化加热方案等。

国内外对阿尔芬波的运行机制进行了广泛的研究，1942年物理学家H.Alfvén首次在理论上论证了阿尔芬波的存在性，1959年D.F.Jephcott,T.K.Allen等人在实验室证实了它的存在。近几年对特定阿尔芬波-Tokamak装置中的阿尔芬本征模的研究如：杨文军于2017年对于中国聚变工程试验反应堆（CFETR）上TAE的线性稳定性的探究及动理学参数对中子壁负载的影响[1]，王佳磊2020年对Tokamak中高能电子驱动TAE和EAE的模拟研究[2]，2022年M. Fitzgerald团队研究了在模拟JET条件以及用离子回旋共振加热（ICRH）来激发TAE时，由alpha粒子驱动TAE对于辐射阻尼的克服程度[3]，2023年M. Fitzgerald团队在JET氘氚内部传输屏障等离子体中观测到在中性束加热（NBI）移除后的50毫秒出现被alpha粒子驱动的TAE[4]。

[1]:杨文军.中国聚变工程试验堆上的环形阿尔芬本征模线性稳定性及中子壁负载研究.中国科学技术大学.2017.

[2]:王佳磊.托卡马克等离子体中高能量电子对阿尔芬本征模影响的模拟研究.大连理工大学.2020.

[3]:M. Fitzgerald.Toroidal Alfven eigenmode stability in JET internal transport barrier afterglowexperiments.https://doi.org/10.1088/1741-4326/ac84ee

[4]:M. Fitzgerald.Stability analysis of alpha driven toroidal Alfvén eigenmodes observed in JET deuterium-tritium internal transport barrier plasmas. https://doi.org/10.1088/1741-4326/acee14

项目创新点主要包括两个方面：

1.在程序开发上，发展包含多种高能量粒子组分的模块，把原来程序考虑一种高能量粒子激发推广至中性束注入、射频波加热、氘氚聚变产物alpha粒子驱动下AE的激发过程。

2.在模拟新物理机制上，基于开发的多组分高能量粒子程序，代入相关参数（如等离子体密度、温度安全因子、拉长比等）模拟具体情境下的AE激发，进一步理解聚变等离子体中阿尔芬本征模的不稳定物理机理。

发表2篇学术论文，获得多组分通行高能量粒子在不同等离子体参数下对激发阿尔芬本征模的影响机制。

2025.1-2025.6 对高能粒子AE激发的研究做出详细调研，完成多组分高能粒子和不同参数设置下AE激发特性的数值模拟模型构建和初步验证

2025.7-2025.12 对并行算法进行优化，提高模型运算效率，基于开发的数值模拟模型，改变粒子组分等多种参数得到AE的模拟结果。

2026.1-2026.3 进行对AE激发机制的详细研究，包括外部驱动的影响分析。2026.4-2026.6 基于AE控制的数值模拟结果提出稳定性优化策略。

2026.7-2026.9 总结研究内容，撰写研究论文并投稿，填写结题表、总结报告、参加结题答辩。