近日，中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所針對“L-H轉換”物理機制實驗研究，在剪切流如何抑制湍流這一關鍵問題上取得了突破性進展。首次獲得磁約束核聚變等離子體從低約束模式（L模）向高約束模式（H模）轉換過程中邊界湍流徑向波數譜移動的實驗證據。研究成果發表在《物理評論快報》（Xu G S, Wan B N, Wang H Q, et al. Physical Review Letters 2016 116 095002）上。

　　L-H轉換機理是磁約束核聚變界30多年懸而未決的難題，是實現磁約束核聚變能源的重要物理基礎之一。目前世界磁約束聚變研究者普遍認為邊界剪切流在L-H轉換過程中扮演了重要的角色，但對邊界剪切流如何產生和剪切流如何抑制湍流輸運這兩個基本問題還不清楚。等離子體所EAST團隊依托世界首個超導托卡馬克實驗裝置EAST針對L-H轉換物理機制開展了一系列實驗研究。

　　在最近的EAST物理實驗中，等離子體所邊界物理研究小組利用3x4探針測量陣列，在L-H轉換之前的幾十毫秒首次探測到等離子體邊界湍流的徑向波數譜移動現象，并且發現波數譜的移動與邊界徑向電場剪切的時間演化具有相關性；在L-H轉換過程中波數譜的移動進一步加劇并伴隨著邊界湍流水平的抑制。湍流徑向波數譜移動在幾何空間表現為湍流結構朝著一個方向出現有序的傾斜和扭曲。湍流能量被散射到小尺度（高波數空間），在小尺度耗散機制吸收了湍流的能量使得湍流水平得到抑制。實驗中并沒有觀察到等離子體邊界湍流雷諾協強及其徑向梯度在L-H轉換前有顯著的幅度變化。

　　上世紀90年代，磁約束聚變物理界曾在實驗觀測的基礎上建立了“剪切流抑制湍流”的理論模型。1994年在回旋朗道流體湍流模擬中觀察到剪切流導致湍流熄滅，并給出了湍流熄滅的判據。隨后的大量實驗結果與這一湍流熄滅判據相吻合，但剪切流抑制湍流背后的物理機制一直不是很清楚。EAST團隊這一最新的實驗研究成果雖然還不能夠完全破解L-H轉換之謎，但第一次用詳實的實驗數據揭示了剪切流導致湍流抑制背后的物理機制，為湍流熄滅理論提供了關鍵性的實驗證據。

　　在EAST托卡馬克實驗中首次給出了L-H轉換前湍流徑向波數譜移動的直接實驗證據。圖中不同物理量的時間演化分別為：(a) 湍流徑向波數譜，其中黑線表示平均徑向波數的演化，(b) 偏濾器Dα信號，(c) 徑向電場ExB漂移速度VExB、逆磁漂移速度Vdia以及靜電漲落極向相速度Vθph，(d) 等離子體邊界分界面內約5mm處的湍流雷諾協強Re1及近似分界面處的湍流雷諾協強Re2。