西物院在聚变燃烧等离子体前沿物理研究中取得重要突破

近日，核工业西南物理研究院(简称“西物院”)在磁约束核聚变燃烧等离子体前沿物理研究中取得重要进展。研究团队发现了一种关于反磁剪切阿尔芬本征模(RSAE)非线性饱和的新机制，突破了学界对带状场作用的传统认知，为理解聚变产物阿尔法粒子的约束与输运提供了新的理论框架。

相关成果于近日发表在国际著名期刊《物理评论快报》(Phys. Rev. Lett. 137, 045101，2026)上，并获得国际审稿人高度评价。审稿人认为，该工作“通过解析理论理解高能量粒子驱动不稳定性的饱和，是一个重要且及时的问题”，“对认识燃烧等离子体新非线性物理尤为重要”。

反磁剪切阿尔芬本征模是托卡马克先进运行模式中常见的一类不稳定性，可由聚变产生的高能量粒子(阿尔法粒子)激发，导致高能量粒子损失，影响聚变反应的自持燃烧。带状电磁场在抑制等离子体湍流和不稳定性中起着关键作用，是当前磁约束聚变研究的前沿热点之一，但带状流与带状电流谁占主导、各自机制如何，长期以来一直是领域内极具挑战性的科学难题。

西物院马瑞瑞研究员联合国际著名等离子体物理学家陈骝教授等国内外专家协同攻关，基于第一性原理，原创性地构建了“RSAE-带状场-动理学阿尔芬波”(RSAE-ZF-KAW)耦合模型，在理论上首次量化了带状场对不稳定性的影响，发现在热粒子非线性通道中，主导RSAE抑制与饱和的是带状电流，而非传统认为的带状流，理论结果与回旋动理学程序(GTC)的模拟结果高度一致。

GTC模拟揭示的RSAE非线性饱和与动理学阿尔芬波激发过程。左图展示RSAE饱和过程中的振幅、增长率和频率演化;右图展示向下频率啁啾如何驱动模式接近阿尔芬连续谱，并激发向外传播的动理学阿尔芬波。

这一发现不仅厘清了长期备受关注的“带状场如何抑制阿尔芬模”的物理问题，更揭示了“带状电流—频率啁啾—辐射阻尼”这一完整的能量输运过程，被认为是阿尔芬本征模在燃烧等离子体中的基本饱和范式之一，为未来聚变堆有效控制不稳定性、维持阿尔法粒子约束性能、实现聚变功率稳定输出奠定了理论基础。

主要作者简介

马瑞瑞，研究员，博士生导师。2015年毕业于浙江大学物理系，获博士学位，师从陈骝教授，毕业后进入西物院从事博士后研究，出站后留院工作。目前担任IAEA高能量粒子国际会议科学程序委员会委员(唯一中国女性)、亚太物理学会等离子体物理会议基础物理分会科学程序委员会委员。在高能量粒子物理与阿尔芬波相互作用领域取得了一系列重要成果。迄今已发表SCI论文40余篇，先后主持国家自然科学基金中意国际合作项目、国家重点研发计划课题等科研项目7项。