磁约束核聚变的目的是为人类的发展提供取之不尽,用之不竭的清洁能源。托克马克被认为是达到这一目的的最可能途径之一。在托克马克研究的各个方面中,热等离子体和高能粒子的约束问题直接关系到聚变能的产出和装置的安全性。因此,理解托克马克中波-粒相互作用引起的等离子体输运问题就显得非常必要。　　在本篇论文中,我们主要关注的是由磁场曲率引起的一类磁流体力学波(magnetohydrodynamic waves或者MHD waves)的动理学过程。这类波通常在高能粒子驱动下变得不稳定,并且能极大的促进了高能粒子的输运,由此会造成等离子体约束的降低和聚变装置(如ITER)的损坏。对这些波进行动理学模拟非常必要但又非常困难,因为托克马克几何位形十分复杂而且各种动力学过程的时空尺度相差巨大。在本篇论文的研究工作中,我们进一步发展了大规模并行动理学模拟程序GTC来研究这类磁流体力学波。具体地,我们研究了由磁场的测地曲率引起的波:β阿尔芬波(BAE)和测地声波(GAM)。通过首次对BAE进行全局回旋动力学模拟,我们进一步的阐明了这类磁流体力学波的动理学性质,同时也证明了动力学代码能够有效模拟磁流体力学波。　　本篇论文最重要的贡献在于深入研究了高能粒子与BAE的非线性相互作用过程。在许多实验中,高能粒子输运的增强通常与快速(周期在亚毫秒量级)扫频的阿尔芬波有关。我们在真实环形位形下对BAE进行回旋动理学模拟,第一次重现了快速反复扫频过程。对模拟数据的全面分析显示了这个过程中非线性波一粒相互作用的复杂性超过了一维简化模型所建立的图像。模拟中的关键特征与实验观察的结果符合很好,但是没办法用传统的一维简化模型解释。对于环形位形下模振幅具有径向变化和共振粒子具有径向非对称动力学的其他阿尔芬本征模,本研究显示的非线性动力学过程也同样适用。模拟结果提供了一个新的概念上的框架来理解无碰撞等离子体输运过程中至关重要的非线性波一粒相互作用过程。　　GAM可以通过高能粒子和微观湍流激发,且被认为可以调整托克马克边界处的湍流。前人的研究主要将GAM的阻尼归因于热离子的朗道阻尼。然而在托克马克边界处安全因子较大,离子对GAM的阻尼较弱,电子对GAM的阻尼可能会比较显著。我们首次通过模拟仔细的计算了电子的阻尼率。我们发现由于GAM与捕获电子的共振,GAM的阻尼率被极大的增强了。同时,我们进一步通过回旋动理学模拟研究了实验中观察到的GAM二次谐波的非线性形成。