四川轻化工大学副教授谢涛：突破磁约束聚变领域的传统桎梏，争当未来能源技术的开拓者
四川轻化工大学副教授谢涛：突破磁约束聚变领域的传统桎梏，争当未来能源技术的开拓者
磁约束聚变技术作为未来清洁能源来源的核心支柱，以及推进人类社会生产力极大发展的关键所在，其理论研究和工程实现正在全球范围内获得前所未有的关注。在1月20日，我国的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST），更是在安徽合肥首次完成1亿摄氏度1066秒“高质量燃烧”的重大突破。
从20世纪中叶开始，人类逐步探索利用托卡马克磁约束聚变设备控制高温等离子体，实现聚变能源的受控释放。然而，即便经过数十年的努力，磁约束聚变的理论框架在面对复杂等离子体行为时仍显捉襟见肘，存在着不容忽视的局限性。
磁约束聚变的核心在于通过强磁场将高温等离子体控制在有限空间内，从而避免其与设备壁面直接接触，确保高温环境的持续维持。然而，等离子体芯部和边缘之间的参量梯度会提供自由能以驱动各种不稳定性，并在进一步发展后形成湍流，导致等离子体约束性能下降。为研究这一问题，人们提出了许多重要的基础理论，但大多基于简化模型，忽略了边缘效应、二维模式结构以及复杂流体动力学对等离子体行为的影响。例如，传统气球理论通过引入可解性条件，得到二维模式频率可由一维模式频率近似的结论，却忽视了托卡马克装置中可能存在的上下不对称模式结构。根据准线性理论，这种二维模式的上下不对称性是驱动带状流物理机制之一，对维持等离子体稳定性和提升约束性能具有显著作用。
从上面的例子可以看出，虽然传统理论在研究的初期阶段提供了不少便利，但当这些理论被应用于实际的托卡马克装置时，却遭遇了显著挑战。以等离子体微观不稳定性为例，它在托卡马克装置中往往呈现明显的二维局部模式特征，导致传统理论在预测能量损失、湍流输运以及边缘局部模现象等关键问题上显得力不从心。因此，如何有效地将实际设备的复杂性纳入考量，研究出与实验观测更为契合的理论框架，已成为当前磁约束聚变领域亟待解决的核心难题之一。
在这样一个理论创新与实际需求并存的背景下，一批专注于创新和深度研究的科学家逐渐崭露头角，其中，现就职于四川轻化工大学物理与电子工程学院的副教授谢涛脱颖而出。他以扎实的理论基础和敏锐的科研视角，从多个维度对传统理论进行改进和深化，提出了多个具有突破性的理论模型。这些研究不仅填补了传统理论的空白，还为磁约束聚变技术的工程实现提供了重要指导。
四川轻化工大学物理与电子工程学院副教授 谢涛
谢涛副教授的代表性贡献之一在于提出了弱上下不对称气球理论（WABT）。他在传统气球理论的基础上引入第二小参数，缓解了可解性条件对理论适用范围的严格限制，使得WABT适用于更加广阔的等离子体参数范围。更重要的是，WABT的上下不对称气球结构不仅导致了可驱动带状流的有限湍性雷诺协强和径向群速度的锯齿状特征，还为托卡马克微湍流研究的大型数值模拟代码提供了自然边界条件，解决了长期以来二维局部模研究中边界条件模糊的问题，在理论预测和数值模拟的接口上表现出极大优势。
此外，在解决边缘物理问题上，谢涛的研究也取得了突破性进展。他针对托卡马克中高环向模数剥离模的局部行为，开发了一套新的本征问题求解方法。这一方法结合二维模结构的特点，为剥离模的稳定性分析提供了可靠的边界条件，解决了传统模拟方法中无法有效描述局部模式边界的问题。谢涛的研究显示，这种局部模式的上下不对称性可能是边缘等离子体自发转动的重要诱因，这一结论为理解低高模转换机制提供了新思路，受到同领域学者的广泛认可。
磁约束聚变领域的发展需要理论与实践的双轮驱动，谢涛副教授的研究成果便是这一理念的生动诠释。他凭借锐意创新、刻苦钻研的科研精神，不仅在理论模型层面取得了突破，更是为解决实际问题提供了多条新路径，有力推动了磁约束聚变工程技术的进步。在全球致力于实现清洁、可持续能源的时代背景下，这些研究成果将为磁约束聚变的未来描绘出更清晰的蓝图，同时也向大众展示了科学在解决社会生产力发展问题上的巨大潜力和无限可能。