在讨论壁条件的决定作用之前，我们先来看看为什么所谓温度、密度的“台基”会出现在主等离子体的边缘。

 

因为那里是磁场拓扑的“分形面”（separatrix）。

 

H模放电最早是在德国的ASDEX上实现的。这个ASDEX与那之前的托卡马克的不同之处，在于其设计了一个偏滤器位形。下面图里就是一个ITER的偏滤器位形，下方有一个“X点”的那条“磁力线”（的投影）就是“分形面”。这里“X点”就是图中磁力线在平面内投影线的那个唯一的交点，那一点上，磁场在平面内的分量等于零，所以也叫“null point”。“X点”下方深蓝色和黑色的粗曲线就是所谓的“偏滤器”（divertor）。明显的，这个“分形线”（即“分形面”的投影）把平面内的磁力线系统分成两部分：被包围在里面的“封闭磁力线”（close field lines，就是中间有红色渐渐变白的部分）和被分割在外边的“开放磁力线”（open field lines，就是包围着“分形线”延伸到偏滤器的灰色部分）。显然，封闭磁力线是首尾相接的，形成一个闭合的面（投影是闭合的线），称为“磁面”（等磁通面，flux surface）；而开放磁力线的两端是连接着偏滤器的“靶板”（黑线部分）的。

 

 

     

 

 

德国人设计这样偏滤器位形的初衷是把主等离子体和真空室的器壁（淡蓝色线）分割开，而且把（被封闭磁力线约束的）主等离子体外边的区域（利用磁力线）连接到偏滤器靶板，使得等离子体与器壁相互作用区集中在靶板附近，远离主等离子体区，防止杂质对主等离子体的污染。但是却意想不到地得到了H模！

 

陈省身先生写过一句诗：“几何物理是一家”。尽管从诗的角度这不一定是传世之作，但是从科学的角度绝对是至理名言。这里就是一个例子——几何上的不连续性（拓扑结构不连续）导致了物理上的不连续性：分形面上温度、密度的“跳变”！

 

为什么这里会出现物理参数的不连续性？

 

这是因为磁场存在时的空间各向异性：带电粒子沿着磁力线的运动和垂直磁力线的运动性质不同，使得等离子体沿着磁力线的输运系数很大，垂直磁力线的输运系数很小——这是磁约束聚变依据的主要物理机制——用封闭的磁力线约束带电粒子。所以，在封闭磁力线区，输运是垂直磁力线的，输运系数很小；在开放磁力线区，输运主要是沿着磁力线的，输运系数很大。

 

——磁分形面两侧拓扑性质的不同导致了物理性质不同。

 

（文中图来自ITER网站）。

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