会议时间：2022年1月8日

会议地点：玉泉校区第十一教学楼413会议室

议程安排：

2021年年度亮点如下： 

1. 2021年聚变中心国际顾问委员会线上会议成功举办。会议于12月11日成功举行，贺贤土院士，李建刚院士，万宝年院士和顾问委员会主席Vincent Chan 教授等九位委员参加了会议。傅国勇教授代表中心作了中心过去五年进展和将来计划的总结报告，张威研究员，肖湧教授，仇志勇教授，盛正卯教授，肖维文研究员分别介绍了中心在磁流体不稳定性，等离子体湍流，高能量粒子物理，高能量密度物理和磁约束等离子体实验的进展。顾问委员会高度评价了聚变中心在过去五年的成就，并对中心将来的发展提出了重要的建议。

2. 相对论放电实验装置REDEX成功建成：自然闪电和大气放电中的相对论高能现象的产生机制尚不清楚, 为了实验研究这些现象, 本中心武慧春教授协同九院二所建立了一套放电装置, 用于研究相对论放电实验(REDEX, 图1)。 该装置方案论证从2017年开始, 经过雏型调试, 于2021年7月份装配成功, 在当年12月底完成了放电实验, 达到了设计技术指标(~5MV/50ns), 探测到了大气放电的伽玛射线信号, 圆满完成支持项目的既定任务. 该REDEX装置是现阶段国内外首个接近自然闪电参数的大型放电设备, 为近距离探究相对论放电现象提供了实验工具。           

3. 盛正卯教授负责的《物理学与人类文明》入选2020年本科“课程思政”建设项目立项名单。

4. 2021年3月29日，马志为教授被评为2020年度浙江大学校级先进工作者。

四项代表性研究成果如下： 

1. 优化设计得到由四个简化线圈组成的仿星器: 开发了国内首个一整套三维磁约束装置的优化设计软件，并使用此软件直接从线圈出发优化设计出了世界上第一个由四个简化线圈组成的紧凑型优化仿星器ZCS。与美国的仿星器装置CNT相比，ZCS的新经典约束提高了一个数量级。这个工作为今后的仿星器优化设计提供了一个新方向，相关论文被 Physics of Plasmas 选为亮点 （G.D. Yu， Z.C. Feng， P.Y. Jiang， G.Y. Fu*,  Phys. Plasmas 28, 092501 (2021)）。 

2. I-模等离子体湍流输运的模拟研究: I-模是托卡马克聚变反应堆运行的重要替代模式，其中温度输运垒的形成显示较高的能量约束水平，同时密度剖面较为平坦非常有利于氦灰等杂质的排除。我们使用Alcator C-mod装置典型的I-模实验参数和大规模回旋动理学模拟程序GTC进行了一系列模拟研究，结果显示I-模的非线性演化过程由一支电子梯度主导驱动的高频长波模及其激发的低频测地声模（GAM）共同参与形成，模拟得到的非线性湍流频谱与实验谱相比符合得很好：既包含高频（约300kHz）的弱相干模（WCM）特征频谱，又包含了低频的GAM；从而在国际上首次通过模拟证实了I模实验湍流谱上WCM的伴生低频带是GAM，而且 I模的非线性饱和过程被GAM调制。同时，静电极限下非线性模拟得到的热和粒子的湍流输运水平也与I模实验定量一致。成果发表在2021年Nuclear Fusion上 (Yang H, Zhou T and Xiao Y*, Nucl. Fusion, 61, 56006 (2021))。 
   

3. 托卡马克中非完全重联锯齿振荡的数值模拟研究：当电阻率低于临界值时，电阻内扭曲非线性演化所形成的电流片中会发生次级撕裂模不稳定性，形成多个次级磁岛，次级磁岛又会合并形成较大的次级磁岛，从而阻止电阻内扭曲模的进一步增长，引起非完全重联。我们发现环效应对形成plasmoids的临界电阻值有很大的影响——在直柱近似下，形成plasmoids所需的电阻率值要比真实托卡马克环位型下的电阻率值要小一个量级（W. Zhang*, Z. W. Ma*, H. W. Zhang, W. J. Chen, and X. Wang, Nuclear Fusion, accepted.）。然而这种非完全重联过程最终会导致系统达到一种不稳定的平衡态，，一旦有任何的扰动破坏了上述平衡结构，就会使得电阻内扭曲模将进一步增长最终导致完全重联。因此plasmoids的形成，并不能够解释托卡马克中非完全重联锯齿振荡（W. Zhang, Z. W. Ma*, and H. W. Zhang, Nuclear Fusion 61.12(2021): 126052.）。我们提出了由非线性的电子抗磁漂移效应导致非完全重联锯齿振荡。通过我们的数值模拟结合EAST今年电子温度1亿度实验数据证实了锯齿崩塌前，重联点附近的电子抗磁漂移频率显著增加。由于电子抗磁漂移效应会降低电阻内扭曲模的增长率，因此当其增加到一定程度时，会使得电阻内扭曲模的非线性增长率降低到0，使重联中止，引发非完全重联。我们已经通过CLT对相关问题进行了详细地数值模拟研究，在世界上首次自洽地数值模拟出非完全重联锯齿振荡过程。我们的数值模拟结果与实验中观测到的非完全重联锯齿振荡的主要特点进行比较，结果完全符合。在此基础上，我们又进行了大量的模拟研究，找出了非完全重联锯齿振荡形成的参数区间。相关成果受邀在中国物理学会2020/2021秋季会议上做邀请报告，在第二届中国聚变能大会上做口头报告。 
   

4. 提出产生高品质粒子束的新方案: 推导了粒子束在等离子体中自聚焦的条件及温稠密等离子体量子效应等不稳定性的影响，模拟研究揭示量子效应与等离子体集体效应可以显著减少粒子束的能损，提高聚变反应率2个数量级以上，为探索新的聚变方式打下基础。