等离子体输运

等离子体输运是指粒子和热能穿过磁面移动的现象。它是决定核聚变炉约束性能的核心物理过程，其理解和控制是实现核聚变的关键。

经典输运和新经典输运

经典输运仅由粒子间的库仑碰撞引起。在均匀磁场中，带电粒子每次碰撞都会横向移动约拉莫尔半径的距离，扩散系数约为 D = v*rho^2。然而实验值比经典理论大约1万倍，这个差距是”反常输运”问题的核心。

新经典输运是考虑环形构型效应的理论。在托卡马克中，由于磁场强度空间变化，粒子可分为通行粒子和捕获粒子。捕获粒子描绘香蕉形轨道，香蕉宽度可达拉莫尔半径的10-100倍。新经典理论的重要成果是预测了自举电流，压力梯度导致环形电流自发产生。在高β运行中，它可能占全部电流的70%以上，对稳态炉极为重要。

实测输运的大部分归因于湍流。离子温度梯度模式（ITG）是控制核心区域离子热输运的不稳定性，当温度梯度超过临界值时湍流发展。捕获电子模式（TEM）由密度梯度驱动，电子温度梯度模式（ETG）在电子尺度上发展。

湍流输运具有”临界梯度”和”刚性输运”的特性。当温度梯度超过临界值时，输运急剧增加，分布保持接近临界梯度。因此，增加加热功率时中心温度不会大幅上升，边界温度（台基）决定中心温度。

1982年，ASDEX托卡马克发现了H模式（高约束模式）。当加热功率超过阈值时，在等离子体周边形成输运壁垒，约束约改善2倍。主要机制是通过径向电场剪切抑制湍流。当剪切率超过湍流增长率时，湍流单元被分割，输运降低。

在H模式中，形成称为台基的陡峭压力梯度区域。台基高度直接决定核聚变炉的性能。另一方面，当压力梯度达到MHD稳定极限时，ELM（边缘局域模）周期性地发生，向偏滤器的热负荷成为问题。在ITER中，ELM抑制技术被认为是必需的。

内部输运壁垒（ITB）由负磁剪切构型或旋转剪切形成，能够实现远超过临界梯度的大梯度。

能量约束时间用经验标度律表示。H模式标准标度IPB98(y,2)是ITER设计的基础。功率降解（P^-0.69依赖）反映了湍流输运的特性。

输运越小，在相同加热功率下越能获得高性能，可以缩小装置尺寸。约束改善因子H加倍时，所需装置体积约为1/4。此外，高自举电流比例减少外部电流驱动，使稳态运行成为可能。对输运现象的理解和控制是决定核聚变炉经济性的核心问题。