高能离子的充分约束,无论是对现今装置的运行还是对未来聚变的成功,都至关重要。共振磁扰动(RMP)的使用,可能会威胁这些离子的约束。但另一方面,RMP将来也可能是一种用于高能离子相空间分布操控的手段。本文通过数值模拟方式研究EAST装置上RMP对高能离子损失的影响并揭示损失机制。对这些机制的充分理解不仅有助于避免RMP对快离子约束的负面影响,还有助于探索利用RMP实现快离子相空间分布操控的可行性。本文的主要工作包含以下几个方面:一、揭示了边带共振效应在RMP下快离子漂移岛形成中的关键作用。过去,很多观点认为,RMP对磁场拓扑的破坏是影响通行离子损失的主要原因。我们的结论否定这一观点。对于一个高能通行离子来说,其轨道的拓扑与背景磁场拓扑结构完全不同。利用调节RMP傅立叶谱型的方式,我们首次系统地比较了主共振和边带共振在漂移岛形成中的贡献。结果发现,当一个岛链越是靠近等离子体边界时,边带共振在其中的作用就更加主导。此外,在考虑了等离子体响应后,边带共振的贡献变得更加主导。尤其,在一个高比压平衡下,响应场下边界漂移岛的宽度与真空场水平相当,这也解释了为什么响应场下损失份额仍然很高。总之,尽管包含等离子体响应会愈合磁拓扑,但不一定意味着通行快离子损失好转,边带共振效应才是未来高参数放电中RMP影响通行离子约束的关键因素。二、揭示非线性共振在RMP下快离子损失中的作用。通过对损失的俘获离子的相空间分析,发现n=1和n=2两种RMP下的主导损失机制完全不同。其中,n=2 RMP下的损失通道有靠近边界且满足ωp/ωb=1/2的共振导致;而n=1 RMP下的损失通道由靠近通行-俘获分界线的轨道随机化导致。细致分析发现,非线性共振在促进随机化的过程中起到主要的作用。两种损失机制对扰动幅度响应不同。n=2 RMP下的损失速率对幅度呈线性依赖,而n=1 RMP下的损失速率对幅度呈平方依赖。这些结果说明,在RMP下高能离子行为研究中,不仅要关注线性共振,还要留意非线性共振的效应。三、为满足RMP下高能离子损失研究的要求,自主开发了一套基于全轨道的Monte-Carlo程序。新程序在大柱坐标系计算粒子的真实轨道,能够克服传统导心程序ORBIT只能计算到闭合磁面以内的缺点。在评估粒子损失份额时,新程序的结果将更有说服力。在开发过程中,核心模块已经进行了验证。新程序将有助于未来的实验设计和结果分析。四、利用新开发的全轨道程序研究n=1和n=2 RMP下两条同向束NBI的损失。借助NBI沉积计算,可以更真实地还原离子分布特点。分析结果指出,内壁上不同位置的损失离子对应的损失机制不同。定量来看,轨道损失和共振损失的贡献最大。共振损失表现出对RMP谱型的依赖。出乎预期的是,尽管响应场下的磁拓扑明显要好于真空场,离子损失份额不见得减小。深入分析发现,通行离子的贡献最大。这也佐证了上面强调的边带共振效应。本论文数值研究进展为EAST上研究RMP对快离子损失影响打下坚实基础。理论角度上,本文的结论提供一个对共振损失机制的认识。RMP能调制损失的背后实际上是对离子共振行为选择性的影响,这不仅有助于避免RMP的负面效果,也是未来实现相空间分布操控的基础。实用角度上,完成课题中开发的数值工具对未来EAST实验的设计和分析十分有价值。