近日，由物理學(xué)院王正洶團(tuán)隊(duì)培養(yǎng)的王輝輝博士擔(dān)任第一完成人的“率先闡明多物理量條件下誤差場(chǎng)鎖模定標(biāo)的物理規(guī)律”成果，作為國(guó)家大科學(xué)裝置“人造太陽(yáng)”EAST全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置的重要成果，入選了2021年中科院重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“面向世界科技前沿類”重大成果。
科學(xué)研究往往需要“十年磨一劍”的韌性與堅(jiān)持。成果第一完成人王輝輝博士自2010年起在大連理工大學(xué)物理學(xué)院導(dǎo)師王曉鋼教授和王正洶教授共同指導(dǎo)下開展托卡馬克誤差場(chǎng)鎖模理論和模擬研究工作。研究工作開始階段，國(guó)內(nèi)研究基本處于空白，誤差場(chǎng)鎖模的物理圖像和理論框架也只能通過(guò)海量尋找并研讀國(guó)外文獻(xiàn)資料慢慢清晰起來(lái)。在現(xiàn)有的大型核聚變裝置實(shí)驗(yàn)中或未來(lái)聚變堆運(yùn)行中，十萬(wàn)分之一量級(jí)的磁場(chǎng)誤差都可能會(huì)引起等離子體鎖模破裂，進(jìn)而導(dǎo)致核聚變實(shí)驗(yàn)失敗！因此開展誤差場(chǎng)鎖模定標(biāo)研究是國(guó)際上大型核聚變裝置物理研究的核心關(guān)鍵難題之一。
王輝輝博士學(xué)位期間的亮點(diǎn)工作：（i）發(fā)現(xiàn)了美國(guó)著名學(xué)者在誤差場(chǎng)鎖模定標(biāo)理論研究方面高被引論文中的非線性物理機(jī)制存在錯(cuò)誤，（ii）重新通過(guò)新的物理模型推導(dǎo)給出了新的物理機(jī)制理論，并通過(guò)大規(guī)模計(jì)算機(jī)模擬驗(yàn)證了該理論結(jié)果的正確性。
在此之前，美國(guó)學(xué)者給出理論顯示誤差場(chǎng)鎖模閾值與等離子體密度無(wú)關(guān)。然而國(guó)際各大核聚變裝置的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都得出兩者強(qiáng)相關(guān)，這一理論與實(shí)驗(yàn)的矛盾在國(guó)際上二十多年來(lái)一直沒有被解決。王輝輝博士分析了制約理論和實(shí)驗(yàn)統(tǒng)一的原因，并通過(guò)理論和模擬研究解釋了J-TEXT聚變裝置上得到的誤差場(chǎng)鎖模密度定標(biāo)結(jié)果。2014年1月博士畢業(yè)后，王輝輝進(jìn)入中國(guó)科學(xué)院合肥等離子體物理研究所工作，在孫有文研究員課題組繼續(xù)開展誤差場(chǎng)鎖模實(shí)驗(yàn)與理論結(jié)合方面的研究。入所之初，他對(duì)實(shí)驗(yàn)茫然無(wú)知，對(duì)實(shí)驗(yàn)信號(hào)一頭霧水、一竅不通，通過(guò)慢慢學(xué)習(xí)、不斷磨練，對(duì)實(shí)驗(yàn)和診斷不斷熟悉，參與并協(xié)調(diào)負(fù)責(zé)EAST誤差場(chǎng)鎖模關(guān)鍵物理實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過(guò)近七年的實(shí)驗(yàn)研究，王輝輝逐漸在誤差場(chǎng)鎖模實(shí)驗(yàn)和理論結(jié)合研究方面積累了經(jīng)驗(yàn)和心得，在國(guó)際上率先使用新的理論定標(biāo)和計(jì)算機(jī)模擬自洽地解釋了托卡馬克誤差場(chǎng)鎖模實(shí)驗(yàn)的一系列定標(biāo)結(jié)果，包括密度定標(biāo)、縱場(chǎng)定標(biāo)以及邊界安全因子定標(biāo)。研究方法得到了國(guó)際同行的借鑒使用，同時(shí)研究成果得到了國(guó)際重要核聚變裝置（如韓國(guó)KSTAR和美國(guó)DIII-D裝置）實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證。
另外，該成果主要完成人葉程同學(xué)自2017年起在導(dǎo)師王正洶教授指導(dǎo)下繼續(xù)開發(fā)大型國(guó)產(chǎn)核聚變軟件MDC，并且研發(fā)了MDC雙流體模型的升級(jí)版本。我校王正洶團(tuán)隊(duì)與中科院等離子體所EAST誤差場(chǎng)鎖模實(shí)驗(yàn)研究團(tuán)隊(duì)深入開展合作，通過(guò)大規(guī)模數(shù)值模擬預(yù)測(cè)并解釋了EAST誤差場(chǎng)鎖模實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，相關(guān)合作成果多次發(fā)表在核聚變領(lǐng)域頂級(jí)期刊《Nuclear Fusion》上。為此，理論、實(shí)驗(yàn)和模擬三者有機(jī)結(jié)合形成合力，推動(dòng)國(guó)內(nèi)磁約束核聚變領(lǐng)域理論與實(shí)驗(yàn)的深度融合，助力中國(guó)核聚變研究在面向世界科技前沿的道路上繼續(xù)攀登高峰。
圖1. 2021年中國(guó)科學(xué)院重大科技基礎(chǔ)設(shè)施成果匯編
圖2. EAST聚變裝置上誤差場(chǎng)鎖模密度定標(biāo)實(shí)驗(yàn)、理論、模擬結(jié)果相吻合
圖3. 葉程（左）和王輝輝（右）在EAST聚變裝置前合影
