近日，由三束材料改性教育部重点实验室王正汹教授团队培养的杨三祥博士作为第一完成人，王正汹教授作为共同通讯作者，大连理工大学作为第一完成单位，发表于《Nuclear Fusion》期刊的“各向异性的捕获高能粒子在自由边界环形电阻等离子体中激发的环向阿尔芬本征模”文章，荣获 IOP出版社设立的“中国高被引文章奖”。该工作是与核工业西南物理研究院郝广周研究员、美国通用原子能公司刘钺强研究员、中科院合肥等离子体所胡友俊研究员等一起合作完成。
环向阿尔芬本征模（TAE）是一种只能存在于阿尔芬连续谱gap中的宏观磁流体模式，该模式是阿尔芬波相邻极向谐波之间由于环效应耦合形成。由于不受连续性阻尼的影响，TAE不稳定性很容易由辅助加热手段，如中性束注入（NBI）、离子回旋共振（ICRH）产生的快粒子和聚变产生的离子激发。这种大尺度宏观磁流体不稳定性的爆发会引起快粒子的再分布和损失，降低对快粒子以及能量的约束水平。失去约束的快粒子会直接轰击第一壁，增加壁材料的热负载，对装置的硬件造成不可修复的损害。
关于环向阿尔芬本征模，国内外已开展了大量的研究，但是关于装置的边界效应对阿尔芬本征模的影响的研究尚属首次。借助大型的磁流体程序MARS-K，作者在更加接近于真实实验环境的自由边界条件下，研究了磁场捕获的各向异性高能量离子对环向阿尔芬本征模的影响。研究结果表明采用自由边界条件会使模式的分布更加全域，并且会提高高能量离子激发阿尔芬本征模的能量阈值。
图 1 边界条件对模式本征结构的影响
在对其他关键物理参数研究的过程中发现，捕获高能量粒子的分布（各向异性或各向同性）对模式的增长率有非常显著的影响，在一定范围内增加粒子螺旋角会使模式的增长率发生明显的下降。改变高能量粒子的初始能量则会引起模式从动理学扭曲模向环向阿尔芬本征模的转变。
图 2 初始粒子能量引起的模式转变
IOP出版社设已经连续四年设立“中国高被引文章奖”，旨在表彰来自中国最具影响力的研究成果。今年的“中国高被引文章奖”是从IOP旗下合作期刊2018—2020年的所有文章中选出的被引用前1%的文章。本次荣获“中国高被引文章奖”的《Nuclear Fusion》期刊文章共计三篇。
