有网友问“何为H-模”？

 

等离子体物理的一个特点就是“模”（mode）非常多：有表示波动模式的各种“简正模”（normal modes）和“本征模”（eigenmodes）；有表示不稳定性的各种模式，最著名的比如扭曲（撕裂）模和交换（气球）模；更有表示不同放电形式或者运行方式的“模”，比如大气压辉光放电的所谓“a-模”和“g -模”。特别是托卡马克等离子体的“H-模”和“L-模”——其中H是High之意，L是Low之意。

 

这里“H-模”和“L-模”都是运行模式（operation mode）：“H-模”是“high-confinement mode”，“L-模”则是“low-confinement mode”。

 

H-模是1980年代末在德国的ASDEX上最先看到的：在托卡马克等离子体边缘处形成自组织的、非常高的压强（温度、密度）梯度（被称为边缘输运垒——edge transport barrier，ETB），使得 “主体等离子体”（core plasma）的温度、密度成倍增加，等离子体能量约束大大改善。目前世界上主要的先进托卡马克上都看到了H-模放电。基于H-模的ITER设计，预计经费比原来基于L-模的设计大约减少一半。

 

H-模等离子体边缘很薄的区域里很大的压强梯度，导致称为“边缘局域模”（edge localized modes，ELM）的不稳定性。这种不稳定性是H-模放电的特征，所以H-模又被称为“ELMy H-mode”。

 

引起边缘输运垒的原因至今仍不是很清楚。这是当前等离子体物理研究的重要前沿之一。

 

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