近日，等離子體所科研人員在雜草型邊界局域模（grassy ELM）運行模式研究中取得系列進展，研究成果得到多方關注，ITER官網對此進行了報道。

　　托卡馬克高約束模式等離子體通常伴隨有周期性的邊界局域模（ELM）爆發現象，會在百微秒量級的時間尺度內釋放出大量粒子和能量，對裝置內壁造成損傷，產生的雜質會進入主等離子體區，降低芯部等離子體的約束性能。如何抑制或緩解大幅度ELM爆發是未來聚變堆實現高性能穩態運行面臨的重大挑戰之一。Grassy ELM運行模式伴隨的高頻小幅度ELM能不斷向外排出粒子和能量，避免雜質積累和大幅度ELM爆發，是一種十分理想的有希望應用于未來聚變堆上的高性能邊界運行模式。近年來等離子體所科研人員圍繞grassy ELM運行模式開展了大量實驗和模擬研究，揭示了grassy ELM爆發背后的物理機制，并系統驗證了這種運行模式與未來聚變堆若干運行條件的兼容性，取得了一系列重要研究成果。

　　中美科研人員合作在美國DIII-D裝置上觀察到一種低臺基碰撞率（V^*_e,ped約0.15）條件下的高約束（H_98y2可達1.5）自發grassy ELM運行模式，研究發現較高的分離面附近電子密度和較高的臺基底部與頂部密度比值對觸發大幅度ELM的PBM有致穩作用，同時由于離子逆磁頻率降低，有助于解穩氣球模不穩定性，產生小幅度grassy ELM。進一步研究發現偏濾器靶板表面附近E×B漂移和再循環水平對獲得這種特殊的邊界密度分布起到了重要作用。

　　等離子體所科研人員在EAST裝置上的grassy ELM運行模式中也觀察到相似的邊界密度分布。較高的分離面附近密度能增強對邊界雜質的屏蔽作用，有利于在相對較低的臺基頂部密度條件下實現偏濾器脫靶。高頻小幅度ELM能不斷向外排出粒子，使grassy ELM運行模式自帶很強的高電荷數雜質控制能力，特別適合金屬壁條件下與輻射偏濾器的兼容運行。近期利用新發展的脫靶反饋控制技術，EAST成功實現高性能grassy ELM運行模式與輻射偏濾器的兼容運行，為EAST高功率長脈沖H模運行提供了一種可能的方案。目前grassy ELM運行模式歸一化參數區已與ITER穩態運行參數區和CFETR 1GW運行參數區發生重疊。

　　這一系列研究成果表明grassy ELM運行模式有望成為ITER和CFETR等未來聚變堆實現芯部-邊界高性能兼容運行的可行方案。相關研究成果得益于等離子體所及美國DIII-D相關科研人員的支持和合作，并受到國家磁約束核聚變能發展研究專項、國家自然科學基金等項目的資助。

　　ITER官網報道鏈接：https://www.iter.org/of-interest 

　　中科院報道鏈接：https://english.cas.cn/newsroom/research_news/phys/202103/t20210310_265222.shtml 

　　論文鏈接：

　　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 

圖：ITER官網對grassy ELM運行模式進行報道