1. 托卡马克边界等离子体物理研究

托卡马克被认为是最有可能实现磁约束可控核聚变的装置，刮削层等离子体是指存在于最外封闭磁面之外的等离子体，它是芯部高温等离子体和材料之间的缓冲区域，芯部产生的热量和粒子经过边界层，最终沉积到偏滤器靶板。刮削层等离子体的性质在很大程度上决定了芯部等离子体的约束以及能否长脉冲稳态运行，同时影响装置器壁寿命，因此边界等离子输运以及等离子体与器壁相互作用是核聚变研究的重点方向之一。团队针对托卡马克边界等离子体开展了大规模数值模拟研究，采用国际主流模拟程序，同时自主开发相关程序，进行了先进偏滤器设计，偏滤器脱靶，杂质注入，刮削层热流宽度，漂移对边界等离子体影响等研究。

自主开发动理学钨杂质在边界的输运程序模拟钨杂质输运轨迹。

近年来，课题组在边界物理方向取得了显著成果，承担了多项国家级科研项目，在核聚变领域主要期刊Nuclear Fusion等发表文章50余篇。同国际ITER组织，美国通用原子公司，LLNL，中科院等离子体物理研究所，核工业西南物理研究院等单位建立了密切合作关系。

代表性成果：

n  先进偏滤器设计：在先进偏滤器设计方面取得多项创新性成果，设计的SAS偏滤器被美国最大磁约束聚变装置DIII-D成功验证；作为主要人员，完成了我国EAST下钨偏滤器的物理设计工作；参与了中国聚变工程实验堆（CFETR）的偏滤器物理设计工作；开展了我国HL-2M准雪花偏滤器研究工作。

n  杂质输运研究：使用多种程序进行了钨杂质输运的模拟研究，系统阐述了钨杂质在多种模式、不同杂质注入及不同偏滤器状态下钨杂质的产生及输运过程，该工作对于实验中控制钨杂质的产生及输运，保证放电不受钨杂质的影响具有重要作用。

n  刮削层宽带研究：开展多种模式、多种器壁条件下刮削层物理的研究，解释了刮削层热流宽度与台基区及偏滤器等离子体的关系，该研究对于理解及控制刮削层及偏滤器热流宽度有重要意义。

n  边界程序开发：开发了动理学钨杂质输运程序、中性粒子输运程序等、偏滤器鞘层程序，这些程序均与国际主流程序进行验证，运行结果与国际主流程序结果相符，实现了大型边界程序的自主化开发。

2. 直线等离子体装置研究

       MPS-LD (Multiple Plasma Simulation Linear Device) 装置是由桑超峰教授带领团队自主设计研发的大型直线等离子体实验装置，于2022年建造完成。装置定位于多方位研究等离子体物理科学问题，包括：

磁约束核聚变关键问题

n  等离子体-材料相互作用问题的研究，如辐照损伤、燃料滞留；

n  边界等离子体物理问题研究，如原子分子物理过程、粒子再循环、等离子体脱靶物理等；

n  等离子体源（如螺旋波）的相关技术和物理，同时开展离子回旋加热和电子加热的理论和技术；

n  模拟程序开发，理论和实验相互验证，相互补充，进一步推动对物理的理解。

大功率电推进技术

n  MPS-LD拥有可变的强磁场线圈、高功率螺旋波等离子体源、高功率离子回旋加热系统，提供了研究/测试VASIMR中高功率螺旋波源和离子回旋加热的良好平台。

MPS-LD直线等离子体实验装置

3. 等离子体与器壁相互作用

       偏滤器是托卡马克中面向等离子体的主要部件之一，等离子体接触偏滤器靶板将会发生强烈的相互作用，包括粒子再循环、材料侵蚀溅射、再沉积和燃料滞留等。团队通过自主开发程序程序，研究了器壁的侵蚀、再沉积、燃料滞留等。基于速率理论开发了燃料滞留程序HIIPC和气泡演化程序HIIPC-MC，研究了等离子体长期辐照壁材料引起的燃料滞留和气泡生长演化，同时开发辐照诱导的钨中缺陷动理学演化模型（VITDE），研究高能离子与氢同位素协同辐照的燃料滞留行为。

气泡在钨材料中的生长模拟