近日，合肥综合性国家科学中心能源研究院紧凑环课题组的黄艳清在EAST-CTI装置无力平衡的理论与模拟研究方面取得重要进展，相关研究成果以题为“Theory and simulation of the force-free equilibria in the EAST-CTI”在核聚变核心期刊《Plasma Physics and Control Fusion》上发表[Y. Q. Huang, D. F. Kong*, T. Y. Xia*, Y. Ye, M. S. Tan, S. B. Zhang, et al., Plasma Physics and Control Fusion, 65 095016 (2023)]。

紧凑环（Compact Torus(CT)）是一种类球马克的自组织等离子体，紧凑环注入的一般速度为200 km/s，最大能超过1000 km/s，是一种潜在的给托卡马克聚变堆芯部加料的方法。该研究计算了EAST-CTI的无力平衡磁场，理论和模拟结果表明(环向电流比环向磁场)对无力平衡磁场影响很大，当小于本征值时，磁场随增大而增大；当为本征值时，没有开放的磁力线。增加形成区宽度，有利于降低本征值，形成更多的闭合磁面，从而解释了CT在延伸区形成，因为延伸区比形成区宽度更大。此外，CT能从形成区脱离，需要满足给CT加速的洛伦兹力大于角向磁场的磁压力，角向磁场由偏压螺线管产生。理论上要求 大于一个阈值，该阈值由形成区内外半径决定。在实验中发现，如果导致CT等离子体更长时间束缚在形成区，加速区电流导通时间延长。这些研究结果，对未来紧凑环装置的设计提供参考，对实验中提高紧凑环的质量和速度提供理论依据。

本研究获得等离子体物理研究所夏天阳研究员的大力支持，同时也得益于能源研究院孔德峰研究员、叶扬副研究员、谭名昇等作者的共同努力，并得到能源研究院重大培育专项、国家重点研发专项、国家自然科学基金等项目的资助。

论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6587/ace992

图一：模拟结果展示CT在延伸区形成。