托卡马克高参数稳态运行需要非感应电流驱动。低杂波电流驱动（LHCD）作为效率最高的非感应电流驱动方法，被广泛应用于国际上各托卡马克装置中。然而，实验经常观察到LHCD在高等离子体密度下驱动效率迅速下降的现象，这个被称为LHCD密度阈值的问题使得LHCD应用于未来聚变堆面临严重的不确定性。尽管以往的研究表明其中的关键机制很可能是参量不稳定性，即天线发射的低杂波被等离子体中的低频扰动非线性散射成为无法驱动电流的边频波。然而，由于其中的低频扰动往往是被强阻尼的准模，这一特征导致传统的参量不稳定性理论面临失效，无法定量计算参量不稳定性造成的泵浦波衰耗，从而导致对LHCD密度阈值的物理过程一直缺乏清晰的理解，也无法回答LHCD是否可用于未来聚变堆这一核心问题。

清华大学高喆教授课题组对描述等离子体参量不稳定性的理论模型进行了全面修正，通过对完整描述非线性耦合过程、明确边频初态、将不均匀性影响从波数项转移到介电常数项、评估绝对不稳定性影响等手段，发展了适用于准模衰减的参量不稳定性线性增长[Z Gao et al 2025 Nucl. Fusion 65 046033]与非线性饱和 [K Chen and Z Gao 2025 Plasma Phys. Control. Fusion 67 035026; Commun. Theor. Phys. 77 115501; Nucl. Fusion 65 036020] 的理论框架。在此基础上，课题组开发了可定量计算参量不稳定性衰减通道、线性增长率，以及LHCD场景下参量不稳定性造成的非线性波谱演化和能量衰耗的数值程序PIPERS [Z Huang et al 2026 Nucl. Fusion 66 016022]。

基于上述理论和模拟框架，课题组完成了对JET、EAST、C-Mod等托卡马克装置上观察到的LHCD密度阈值现象的模拟复现与定量解释，并给出了LHCD密度阈值的理论定标关系，明确了未来聚变堆上LHCD的可用性[K Chen et al 2025 Nucl. Fusion 65 094002]。这个理论框架还可扩展应用于国际上最近提出的使用螺旋波（即低杂波快波分支）驱动等离子体电流过程中参量不稳定性的分析 [X Yang and Z Gao 2025 Phys. Plasmas 32 122503]。

这一等离子体参量不稳定性准模衰减的理论模型已经在EAST实验中得到验证。而上述理论、模拟框架，以及在研究中形成的对LHCD物理图像的更为深入的理解，将会在EAST实验和HL-3实验中得到进一步的应用，助力优化高等离子体密度实验中的LHCD效率。本工作受到国家自然科学基金重点项目支持。

左：模拟重现实验中观测到的LHCD密度阈值及其与参量不稳定性关系

右上：EAST装置上参量不稳定性给出的LHCD不同参数下的运行空间

右下：LHCD密度阈值的理论定标关系

文章链接：

[1] Z Gao et al 2025 Nucl. Fusion 65 046033 (https://doi.org/10.1088/1741-4326/adbcc4)

[2] K Chen and Z Gao 2025 Plasma Phys. Control. Fusion 67 035026 (https://doi.org/10.1088/1361-6587/adb888)

[3] K Chen and Z Gao 2025 Commun. Theor. Phys. 77 115501(https://doi.org/10.1088/1572-9494/addb26)

[4] K Chen and Z Gao 2025 Nucl. Fusion 65 036020 (https://doi.org/10.1088/1741-4326/adb0de)

[5] Z Huang et al 2026 Nucl. Fusion 66 016022 (https://doi.org/10.1088/1741-4326/ae1c51)

[6] K Chen et al 2025 Nucl. Fusion 65 094002 (https://doi.org/10.1088/1741-4326/adf903)

[7] X. Yang and Z. Gao 2025 Phys. Plasmas 32 122503 (https://doi.org/10.1063/5.0290940)