等离子体所在杂草型边界局域模（grassy ELM）运行模式研究中取得系列进展

　　近日，等离子体所科研人员在杂草型边界局域模（grassy ELM）运行模式研究中取得系列进展，研究成果得到多方关注，ITER官网对此进行了报道。

　　托卡马克高约束模式等离子体通常伴随有周期性的边界局域模（ELM）爆发现象，会在百微秒量级的时间尺度内释放出大量粒子和能量，对装置内壁造成损伤，产生的杂质会进入主等离子体区，降低芯部等离子体的约束性能。如何抑制或缓解大幅度ELM爆发是未来聚变堆实现高性能稳态运行面临的重大挑战之一。Grassy ELM运行模式伴随的高频小幅度ELM能不断向外排出粒子和能量，避免杂质积累和大幅度ELM爆发，是一种十分理想的有希望应用于未来聚变堆上的高性能边界运行模式。近年来等离子体所科研人员围绕grassy ELM运行模式开展了大量实验和模拟研究，揭示了grassy ELM爆发背后的物理机制，并系统验证了这种运行模式与未来聚变堆若干运行条件的兼容性，取得了一系列重要研究成果。

　　中美科研人员合作在美国DIII-D装置上观察到一种低台基碰撞率（V^*_e,ped约0.15）条件下的高约束（H_98y2可达1.5）自发grassy ELM运行模式，研究发现较高的分离面附近电子密度和较高的台基底部与顶部密度比值对触发大幅度ELM的PBM有致稳作用，同时由于离子逆磁频率降低，有助于解稳气球模不稳定性，产生小幅度grassy ELM。进一步研究发现偏滤器靶板表面附近E×B漂移和再循环水平对获得这种特殊的边界密度分布起到了重要作用。

　　等离子体所科研人员在EAST装置上的grassy ELM运行模式中也观察到相似的边界密度分布。较高的分离面附近密度能增强对边界杂质的屏蔽作用，有利于在相对较低的台基顶部密度条件下实现偏滤器脱靶。高频小幅度ELM能不断向外排出粒子，使grassy ELM运行模式自带很强的高电荷数杂质控制能力，特别适合金属壁条件下与辐射偏滤器的兼容运行。近期利用新发展的脱靶反馈控制技术，EAST成功实现高性能grassy ELM运行模式与辐射偏滤器的兼容运行，为EAST高功率长脉冲H模运行提供了一种可能的方案。目前grassy ELM运行模式归一化参数区已与ITER稳态运行参数区和CFETR 1GW运行参数区发生重叠。

　　这一系列研究成果表明grassy ELM运行模式有望成为ITER和CFETR等未来聚变堆实现芯部-边界高性能兼容运行的可行方案。相关研究成果得益于等离子体所及美国DIII-D相关科研人员的支持和合作，并受到国家磁约束核聚变能发展研究专项、国家自然科学基金等项目的资助。

　　ITER官网报道链接：https://www.iter.org/of-interest 

　　中科院报道链接：https://english.cas.cn/newsroom/research_news/phys/202103/t20210310_265222.shtml 

　　论文链接：

　　1. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/ab91fa 

　　2. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/abc59b 

　　3. https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.195002 

　　4. https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.255001 

　　5. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/ab8e0f 

图：ITER官网对grassy ELM运行模式进行报道