近期，中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所離子回旋課題組在射頻波與邊界等離子體相互作用、射頻鞘形成機理方面取得新進展：證明了未被吸收的快波能量是遠場鞘電勢增強的根本原因，同時揭示了遠場鞘和近場鞘的特性差異。相關研究成果由研究員張新軍和博士生劉魯南以Experimental observation of Enhanced Radio-Frequency Sheath due to unabsorbed Fast Wave on EAST 為題發表于核聚變領域期刊Nuclear Fusion。

離子回旋頻段的波與邊界等離子體存在強烈的非線性的相互作用。通常情況下，等離子體是由數量相等的正離子和電子組成，由于電子比離子更容易移動，因而在等離子體和壁之間會形成非電中性區域即為等離子體鞘層。射頻波波場的存在會使得鞘層的物理過程變得更為復雜，慢波波場分量將加速電子優先跑出等離子體，從而導致較大的鞘電勢的產生來約束電子向外運動，同時，增強的鞘電勢將加速離子，使其從等離子體中脫離出來。射頻波引起的鞘電勢增強是導致雜質濺射、等離子體邊界密度再分布和邊界功率耗散的重要原因。課題組在之前的研究中揭示了慢波是近場鞘電勢增強的根本原因，這主要是由于離子回旋天線不能和背景磁場做到完全匹配。理論上，鞘電勢增強的另一個機制是快波在物體表面反射，如果波的入射方向沒有垂直或者平行于物體表面，則會產生慢波（由麥克斯韋方程以及邊界條件決定）。課題組通過改變天線波譜來平衡等離子體對射頻波的耦合和吸收過程，成功證明了未被吸收的快波是引起遠場電勢增強的根本原因。改善射頻波的耦合和增加波在等離子體中的吸收效率可以有效緩解射頻波與第一壁材料的相互作用。

以上工作獲得等離子體所相關科研人員的支持，同時也得益于國際同行的合作，特別是德國IPP和美國MIT合作者的共同研究，并得到國家重點研發項目、國家磁約束核聚變能發展研究專項和國家自然科學基金等的資助。

圖1. 射頻波的功率相同情況下波場幅值的特性

圖2. 等離子體鞘電勢與快波波場幅值的關系