近日，中國科學技術大學蔡輝山教授和中國科學院物理研究所李定教授在《國家科學評論》（National Science Review，NSR）發表綜述文章，基於他們十年來的研究成果，對高能量粒子與撕裂模的相互作用，及其對电浆穩定和約束效能的影響進行了綜述。
聚變能是人類發展的需求，然而，如何維持長時間、穩態的燃燒磁約束电浆仍然是一個世界難題。它與約束與輸運、加熱與驅動、磁流體不穩定性（其中撕裂模是最危險的磁流體不穩定性之一）、快粒子物理等關鍵性物理問題密切相關。囙此，快粒子與撕裂模的相互作用是一個關鍵問題。快粒子與撕裂模不穩定性的相互作用對撕裂模不穩定性會產生影響，且對快粒子的損失和重新分佈也會產生重要影響。
圖1.托卡馬克中磁島比特型。撕裂模會破壞磁拓撲結構，使得磁力線重新連接形成磁島，導致电浆破裂。
首先，快粒子對撕裂模的穩定性會有重要的影響。文中指出前人理論的不足，分析了通行快粒子和捕獲快粒子對撕裂模不穩定性判據的影響，並分析了其在非線性磁島演化過程中的作用，從而揭示了快粒子影響撕裂模的物理機制，並提出未來聚變裝置中利用快粒子控制撕裂模不穩定性的可能性方法。同時，從實驗和類比兩個方面對理論模型進行了驗證。
另一方面，文中也對撕裂模對通行快粒子和捕獲快粒子的約束和輸運的影響做了綜述。分析了撕裂模導致通行快粒子和捕獲快粒子損失的不同機制，並且重點分析了快粒子與撕裂模的共振導致的撕裂模（包括新經典撕裂模）頻率啁啾現象和相應的快粒子損失。同樣的，也從實驗和理論兩個方面進行了驗證。
圖2.DIII-D實驗中新經典撕裂模頻率啁啾。快粒子與新經典撕裂模相互作用引起新經典撕裂模頻率啁啾，並導致快粒子損失。
該文章不僅對過去的進展做了系統的綜述，也提出一些待解决的問題。希望對該領域研究者以及對該領域感興趣的科研人員提供幫助。
蔡輝山教授為本論文的第一作者兼通訊作者，李定教授為共同通訊作者。本工作受到國家自然科學基金、中科院青年創新促進會的資助。
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Recent progress in the interaction between energetic particles and tearingmodes
https://doi.org/10.1093/nsr/nwac019