高能量粒子物理的研究是磁约束聚变领域的一个重要课题,因为在高能量粒子慢化的过程中不仅可以加热等离子体,而且还会激发出各种不稳定性。高能量粒子可以通过射频波、中性束注入等辅助加热手段产生,也可以是氘氚聚变反应的产物α粒子。在托卡马克等离子体中,高能量粒子或α粒子与内扭曲模、鱼骨模等不稳定模式相互作用,而这些模式又会引起高能量粒子或α粒子的再分布和径向输运,导致高能量粒子和α粒子的损失,降低辅助加热的效率,制约装置的约束性能,而损失的高能量粒子或α粒子输运到器壁上,会损坏装置的第一壁。因此,深入理解高能量粒子或α粒子与内扭曲模以及鱼骨模之间相互作用的物理机制,从而更好地抑制或控制内扭曲模、鱼骨模不稳定性,对托卡马克装置稳态运行至关重要。基于以上研究背景,本学位论文运用MARS-K代码,数值研究了热粒子、快离子的动理学效应对鱼骨模以及内扭曲模的影响。需要说明的是本文提及的热粒子是指背景等离子体中的热离子和热电子,而快离子是指由中性束注入所产生的高能量粒子。主要内容如下:第一章,简要介绍了论文的研究背景和科学意义,主要包含聚变能源、磁约束聚变装置以及国内外主要托卡马克的基本参数。综述了与本课题研究内容相关的不稳定模式（如内扭曲模、鱼骨模和锯齿模）的研究进展。第二章,简要介绍了求解Grad-Shafranov方程而给出托卡马克等离子体平衡的CHEASE代码和模拟中用到的MARS-K代码及其模型。在介绍MARS-K代码的物理模型时,主要介绍了快离子分布函数以及漂移动理学物理的关键项。第三章,基于非微扰的方法,数值研究了环形等离子体中,近似平缓或非单调的q剖面下捕获快离子驱动的鱼骨模不稳定性,探讨了鱼骨模不稳定性对快离子分布、安全因子分布、热粒子动理学效应以及等离子体电阻率的依赖性。研究发现,在很弱的、甚至反磁剪切等离子体中,各向异性分布的快离子显著地增强了模式的不稳定性。与没有或有且仅有一个q=1有理面的情况相比,在有两个q=1有理面的平衡位形下时,模式的不稳定性更容易被激发。通行快离子的通行共振和捕获快离子的反弹共振的动理学贡献显著增强了模式的不稳定性,而通行热离子引起的朗道阻尼对模式有很强的稳定效应。只有在不稳定性阈值点附近,等离子体电阻率对模式有显著的稳定作用。等离子体旋转和平行声波阻尼的协同效应对鱼骨模有稳定作用,而这种稳定作用主要来自于平行声波阻尼。此外,粒子的动理学贡献对模结构有修正作用。第四章,在第三章研究鱼骨模对安全因子最小值qmin的依赖关系时,发现各向异性分布的捕获快离子激发了鱼骨模次不稳定的分支,该分支的增长率小于经典鱼骨模增长率,而频率大于经典鱼骨模频率。尽管在有些qmin取值下,次不稳定分支与经典鱼骨模具有相同的频率,但是可以从模结构和增长率上对二者加以区分,并且用MARS-K模拟预测的结果在HL-2A装置上得到了很好的实验验证。研究结果表明,次不稳定分支的不稳定性随着离子体环向比压的增大而增强,捕获快离子的环向进动共振贡献加强了模式的不稳定性。此外,等离子体电阻效应对次不稳定分支无影响,而等离子体环向旋转对次不稳定分支有轻微的稳定作用。与双鱼骨模相比,虽然次不稳定分支的模结构与双鱼骨模的模结构类似,但是次不稳定分支的激发不依赖于q剖面是否具有反磁剪切特征,即单调的q分布也能驱动这种不稳定性。与双鱼骨模特性相反的是,随着磁剪切和两个q=1有理面间距的减小,次不稳定分支的增长率和实频减小,径向扰动位移变得更加陡峭。第五章,数值研究了热粒子和快离子的动理学效应一同考虑时对内扭曲模的影响。结果表明,热粒子或快离子的动理学效应对内扭曲模具有稳定作用。然而,前者不能完全稳定内扭曲模,而后者可以完全抑制模式。此外,热粒子和快离子的协同动理学效应对内扭曲模产生了更强的阻尼作用,而且显著提高了在环形等离子体中驱动内扭曲模不稳定性所需的极向比压阈值(βpcrit),这与HL-2A上实验测量进行了比对,结果基本符合。以上研究结果,为托卡马克等离子体高βp放电情况下,控制内扭曲模或锯齿模,提供了一种新思路。等离子体旋转对内扭曲模有轻微的解稳作用,而等离子体旋转和碰撞效应协同作用时,与等离子体电流同向的旋转增强了模式不稳定性,与等离子体电流反向的旋转则使模式变得稳定。在q=1有理面处,由于粒子动理学效应的自洽修正,模式结构变得更加陡峭。第六章,对本文的简要总结以及对未来工作的展望。