科研项目
一、强磁化等离子体动理学方程与碰撞输运的理论研究
在磁化等离子体中，当带电粒子的回旋半径小于德拜长度时，磁场将对碰撞动力学产生重要影响。很多实验室与自然界的等离子体都处于极强的磁场中，如磁约束聚变等离子体中外加磁场最高可达 10 特斯拉、惯性约束聚变等离子体中自生磁场强度达 105 特斯拉、白矮星大气层等离子体中磁场达 104特斯拉，因此，强磁场情况下等离子体碰撞及输运过程的研究对核聚变及天体物理具有重要意义。
我们采用坐标变换方法从描述随机过程中粒子分布函数演化的最基本方程出发，推导出磁化 Fokker-Planck 方程的一般形式，给出磁化 Fokker-Planck 系数的计算方法，并采用不同模型计算磁化 Fokker-Planck 系数与磁化 Fokker-Planck 碰撞项。然后采用所得到的动理学方程理论研究磁场对粒子速度慢化、温度弛豫及横越磁场的粒子与热输运等过程的影响。
二、通过全局回旋动理学粒子模拟研究由快电子激发的比压阿尔芬本征模
进一步地发展了大规模并行动理学模拟程序GTC，添加了漂移动理学快电子模块，首次通过全局回旋动理学粒子模拟研究了由快电子激发的比压阿尔芬本征模(fast-electron-driven β-induced Aflvén eigenmode，简称e-BAE)，同时验证了用漂移动理学模型模拟快电子引起的阿尔芬本征模的可行性。我们的模拟结果显示e-BAE 是一支沿着快电子逆磁漂移方向传播的行波，这与实验观测的结果相吻合。e-BAE 的极向模结构显示其接近于理想磁流体力学波。通过对快电子扰动分布函数在相空间结构分析，显示只有捕获快电子的进动共振激发了 e-BAE。
然后进一步研究了e-BAE 的非线性物理。在弱驱动情况下，e-BAE出现了扫频现象。通过对快电子分布函数在相空间的分析，我们发现其有很好的clump-hole 结构，并且随着模的演化，更多的的粒子参与了共振。通过试验粒子在( ζ,P_ζ) 空间的轨道分析，说明扫频的过程跟共振岛的形成和破坏有相关性。在强驱动情况下，模拟结果显示除了e-BAE，还激发出另一支更加低频的阿尔芬本征模，比压驱动的阿尔芬声波模(β- induced Alfvén-acoustic eigenmodes，简称BAAE)。通过对径向模结构的分析，我们确认确实存在两个阿尔芬本征模频率。其快电子分布函数的相空间结构，显示确实存在一只比BAE更加低频的波，而且在BAAE 的频率范围内。
三、开发模拟磁化等离子体中电磁波传播的大规模并行程序
开发基于回旋动理学电子/全动理学离子的Particle-in-Cell程序, 该程序使用磁面坐标, 可以用于模拟磁约束等离子体中, 电磁波的传播. 适合的应用场景包括低混杂波电流驱动, 离子伯恩斯坦波, 离子回旋加热过程中的非线性现象, 也可以应用于研究离子回旋辐射相关的物理过程. 程序主要使用Fortran2003+MPI+OpenMP.