等离子体是被电离的气体,它是一种长程电磁相互作用占主导的系统。等离子体,作为“物质的第四态”,是宇宙中发现的正物质存在的最普遍形式。恒星(包括我们的太阳),恒星际空间和星系际空间都是等离子体。等离子体物理被广泛的应用于理解地球上的极光、闪电,应用于材料加工,应用于构建紧凑的“桌面”粒子加速器以及可控核聚变能源的开发研究。浙江大学聚变理论与模拟中心(IFTS)的研究方向包括以下几个方面:磁约束可控核聚变等离子体的理论、模拟和实验研究,空间和地球大气层的自然等离子体; 先进磁约束聚变装置(仿星器)的设计;高能量密度物理,包括激光-粒子加速。研究活动可以分为以下三类:
1.磁约束聚变(MCF)研究用磁场来约束等离子体达到足够高温度密度和足够长能量约束时间,使燃料氘氚离子发生聚变反应,并产生中子和高能阿尔法粒子。主要的MCF装置包括托卡马克和仿星器。IFTS有关MCF的研究包括:
a)高能量(阿尔法)粒子的大尺度的 回旋动理学/混合 模拟和理论研究,包括阿尔芬波的激发、非线性饱和,波引起的高能量粒子反常输运和燃料离子的加热。
b)磁流体动力学(MHD)和动理学-MHD混合程序的开发和应用于MCF的研究。
c) 托卡马克中的大尺度回旋动理学模拟,包括由等离子体温度不均匀性引起的微观漂移波湍流,以及相关的热等离子体输运。
d)理论研究关于漂移波和漂移阿尔芬波湍流,相关的输运和非线性动力学,包括带状流的生成。
e)实验室等离子体的试验性研究,包括托卡马克和线性装置,以及先进仿星器的设计。
f)新的粒子模拟方法的开发和应用于MFC和空间等离子体的研究
2.空间等离子体物理研究等离子体在自然界的行为,如地球顶层大气,以及太阳。它涵盖了广泛的主题,包括太阳物理:太阳风,行星磁层和电离层,极光,宇宙射线等。空间物理对于理解宇宙,了解日常生活,包括通讯和气象卫星的运行都有重要的意义。
a)大尺度模拟和理论研究包括极光、亚暴、太阳耀斑、日冕物质抛射、哨声波爆发和磁重联等现象在内的空间等离子体物理。
b)球状闪电的新理论。
3.高能量密度物理(HEDP)专注于研究由超短高强度激光或激光脉冲产生的极端状态下的等离子体。它研究的范围包括惯性约束聚变(ICF),激光等离子体相互作用,新型辐射和粒子源,以及Z-箍缩。IFTS关于高能量密度物理的研究,集中在激光-等离子体加速和惯性约束的快点火上。