课题组简介
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研究方向的科学意义
能源问题是人类社会可持续发展必须解决的基本课题。受控热核聚变是人类最终解决能源的重要途径之一，是获取未来可持续发展能源的主要形式。经过半个世纪的不懈努力，托卡马克位形下的磁约束受控热核聚变研究取得了重大进展，目前正在建造的国际热核聚变实验堆（International Thermonuclear Experimental Reactor，简称ITER）就是核聚变能成为人类未来能源的发展道路上的重要里程碑。
ITER计划的主要目标是实现聚变增益因子大于10的氘-氚等离子体稳态运行。影响达到这一目标的最关键问题之一是缺乏对托卡马克高温等离子体极其复杂的非线性及动力学过程的基本了解，进而制约了有效控制燃烧等离子体的能力。现代计算机技术及计算能力的迅速发展，使得超大规模模拟在聚变研究中的支撑和推动作用越来越重要。数值模拟和理论研究与实验诊断的紧密结合，帮助人们进一步了解聚变等离子体的基本物理过程和解释最新磁约束核聚变实验结果，指导诊断手段的采用, 进而控制等离子体参数和优化托卡马克运行。特别是，从物理第一性原理出发的大规模模拟可以直接研究那些目前通常实验和理论手段无法达到的参数区间，有预见性的模拟研究手段能够大大优化ITER的运行条件、提高其运行参数，协助下一代磁约束聚变工程堆DEMO的物理设计。因此，大规模数值模拟已经同实验和理论一并成为国际磁约束聚变研究的重点发展方向。
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主要研究内容和预期目标
本课题组将通过理论和数值模拟的有机结合，以张文禄教授为主，开发、发展、集成适用于国内磁约束聚变装置和ITER/DEMO的高精度、长时间、大尺度的第一原理非线性大规模数值模拟程序。通过理论、模拟、以及与实验的比较，发展能预言湍流、输运、快粒子、辅助加热和电流驱动物理过程，评估燃烧等离子体运行效率的能力，实现重点领域前瞻性、跨越性的突破。
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工作基础及资金匹配情况
本课题组已经在快粒子物理、宏观不稳定性和辅助加热方面取得了一些进展：
(1) 快粒子的湍流输运方面取得了一些成果，包括两篇PRL。
(2) 撕裂模不稳定理论研究取得了一系列成果（包括一片PRL）。
(3) 开展了快离子激发阿尔芬不稳定性的线性和非线性模拟。
(4) 为研究快电子激发阿尔芬不稳定性问题，在大规模数值模拟软件GTC中增加了快电子漂移动力学模型。
(5) 在GTC中增加了电阻撕裂模模拟功能。
(6) 为开展辅助加热的大规模数值模拟，发展了动理论离子、漂移动理论电子的电磁模拟模型。新增加的功能，为将要开展的快电子激发阿尔芬不稳定性及其与撕裂模不稳定性非线性相互作用和辅助加热研究打下了基础。