15. 每种模式在不同的磁场几何下，考虑不同的耗散机制，几乎都有几个版本。在现有的这
些微观不稳定性模式中，在现实的托卡马克环形位形下有几个主要的候选。从基本的等离子体波的角度来看这些不稳定性模式可以归为三类。首先可能性最大的，和实验观察最接近的是漂移波，如捕获电子模TEM，由于捕获电子非绝热相应的存在，而导致的不稳定性。其次是声波，如离子温度梯度模ITG，典型的阈值不稳定性。再次是Alfven波，如微撕裂模，电阻耗散过程导致不稳。我们不妨根据等离子体参数高低来看一下这些模式在什么情况下发生。
16. 在未来的反应堆芯部，极高温度下一些模式的无碰撞的版本可能发生，如无碰撞捕获电
子模。在更苛刻的条件下捕获离子模可能不稳，主要是低碰撞下，电子碰撞的解稳超过
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了离子碰撞的制稳效应。捕获离子模是大尺度的模式，如果发生对约束的危害非常大，但庆幸的是它非常不容易发生。在现有的这些大装置（等离子体大半径两米以上的如JET）和中型装置（一米左右的如HT-7），芯部的参数范围下，耗散捕获电子模DTEM是不稳的。由于捕获电子非绝热响应的存在，主要是电子温度梯度，有时密度梯度也能驱动不稳。碰撞的重要性在于，碰撞频率和漂移频率同量级，碰撞能够把通行电子散射成捕获电子，或反过来把捕获电子散射成通行电子。由于捕获电子存在曲率漂移，而沿磁力线运动的电子又不能及时弥补电荷分离，从而导致扰动增长，形成不稳定性。虽然碰撞对这种不稳定性的发生很重要，但是碰撞频率也不能太高，应低于捕获电子反弹频率，使得捕获电子能够完成一个香蕉轨道。因此限制了这一不稳定性只适用于芯部高温区。TEM和TIM虽然是温度、密度梯度驱动，但是不像ETG、ITG那样纯粹的阈值不稳定性，它们可以产生介于类型I和III之间的输运行为，和实验中观察到的输运形式比较接近。而且TEM涨落的时空尺度范围比较宽广，频率从几千赫兹到上兆赫兹，波长从毫米到几厘米。这正好是实验中经常测量到的涨落所出现的时空尺度范围。在用来对ITER性能做预测的湍流输运代码中TEM通常是必选的，这也说明TEM是普遍接受的最主要候选模式。
17. 在现有的大装置芯部，当芯部离子温度非常高，通常是高功率中性束加热的情况下，离
子密度也较高，而且芯部具有平坦分布的特殊条件下，ITG可能达到它的临界梯度阈值而不稳。其静电理论中假定电子绝热响应和准中性近似，因此只能描述离子热输运而不能描述电子热输运和粒子输运。可见是环形几何下的一支声波。它是低频（逆磁频率附近）大尺度（离子尺度，波长在几倍到几十倍离子回旋半径，现实参数下在厘米量级）的，所以一旦发生就可能对输运有很大的贡献。这似乎正好能够解释实验中普遍观察到的高密度、高功率辅助加热下的约束恶化（L模定标）。是不是ITG激发导致约束变坏的呢？上世纪90年代，TEXT、DIII-D、TFTR都给出一些实验证据，甚至高密度下观察到传播在离子逆磁漂移方向的涨落成分，似乎是直接证据。（大多数情况下芯部观察到的涨落多传播在电子逆磁漂移方向，除非E?B旋转到离子侧，也正是这个原因使得从上个世纪60年代开始一直把电子漂移波作为最可能的湍流模式。）而且实验中确实观察到离子温度分布刚性现象，被作为存在阈值不稳定性的证据。除此之外大家相信ITG是可能的候选模式的一个最主要的原因还在于，它是低频长波长的模式，正好和实验中测量到的涨落一致，而且输运步长比较长，有可能造成类似Bohm定标的比较坏的约束。但实际上这个模的发生条件还是比较苛刻的，在中小装置上，尤其是没有高功率的中性
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束加热的情况下，如HT-7，并不容易达到模的阈值条件。作为阈值不稳定性，ITG和电子漂移波的特征还是有很大的区别。漂移波是纯粹传播的波，而ITG容易形成一些在等离子体坐标系下静态的径向拉长的环形本征模结构，使模的增长超过剪切阻尼，从而导致不稳。ITG可以产生剪切层流，通过和静态E?B流剪切抑制类似的机制反作用于ITG湍流本身，从而通过二次非线性K-H不稳定性切断那些径向拉长的环形本征模结构，而使湍流漩涡在垂直方向上更加趋向各向同性。可见ITG自生的剪切层流可以抑制湍流输运，相当于提高了不稳定性发生的临界梯度线性阈值。这种非线性效应带来的阈值改变被称为“Dimits上移”。 自生的剪切层流成为ITG一种主要的饱和机制。理论研究表明低频的剪切层流能够比高频的更有效地抑制湍流。另外在环形下剪切层流会受到平行新经典粘滞的阻尼，而使得输运依赖于碰撞。碰巧的是实验中确实观察到高密度、高碰撞的时候约束变差，似乎可以用这一逻辑来解释。当然这是建立在ITG湍流主导输运的前提假定之上的。通过“湍流散播”没有达到梯度阈值的线性阻尼的模会被非线性激发，使得梯度缓和的稳定区域，如中心和边缘也发生不稳定性。
18. 除了ITG可以自生剪切层流之外，和ITG几乎完全对偶的ETG也可以。Diamond等人
还指出漂移波类的湍流都有可能自生剪切层流，从而形成湍流自调节体系。这一多尺度相互作用动力学过程直接决定湍流涨落的饱和水平从而决定驱动的输运水平。如果是普遍存在的现象，将不仅对聚变等离子体物理，而且对其它流体物理学具有普遍的意义。因此成为最近研究的热点之一。
19. ETG和ITG一样属于通行粒子和波交换能量从而形成的不稳定性。电子温度梯度是主
要的驱动源。在标准理论中把离子看作绝热的。这是高频短波长的模式，波长在几倍电子回旋半径和离子回旋半径之间，现实参数下在毫米量级。频率在兆赫兹左右。这个参数范围需要考虑电子惯性。之所以可以把它看作静电的来处理，是因为能够证明它的存
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在并不必须电磁扰动。但是在现实条件下电磁扰动是不能忽略的，对电子热输运的贡献是重要的。这一点和ITG不同，ITG扰动变化比较慢，电子在沿磁力线方向上可看作力平衡，所以没有扰动的平行电子流，因而没有显著的扰动平行电流来驱动磁扰动。而ETG不同，电子非绝热响应，磁扰动也参与驱动输运。ETG也是阈值不稳定性，需要足够高的电子温度梯度，而实验中确实观察到高功率加热下，电子温度梯度和离子温度梯度都有阈值效应，被称为“分布刚性”或“分布反弹”或“分布不变性”。这似乎预示着在高功率加热下确实有可能存在像ETG、ITG那样的阈值不稳定性。实验上研究输运除了微观涨落测量之外主要有两种方法：一是功率平衡分析，二是扰动输运分析。功率平衡分析只能给出等效输运系数，而扰动输运分析可以给出非对角项的贡献。这两种方法得到的等效输运系数通常后者大于前者，这表明非对角项有贡献，或者有别的机制导致热脉冲在径向反常高速的传播。这也是存在阈值不稳定性的一个征兆。而且在ITB离子热输运降低到了接近新经典水平，说明离子尺度湍流被抑制住了，但是这时电子热输运还是高度反常的。由于E?B流是大尺度的，不能有效的抑制小尺度的湍流模式。所以按照这一逻辑可能这些无法解释的电子热输运是由短波长的ETG造成的。正是这个原因，近10年ETG成为理论研究的热点之一，作为可能限制电子温度梯度进一步提高的原因。事实上ETG发生的条件还是十分苛刻的，需要很高的电子温度梯度，因此现有的实验证据表明ETG可能在大装置电子ITB中起限制梯度进一步提高的作用，从而导致电子温度刚性分布。在中小装置上很难达到电子ITB中的电子温度梯度，因此ETG主导的可能性不大。另一个更重要的原因是，受到诊断技术的限制，直接测量ETG时空尺度范围（短波长、高频）涨落十分困难。以往的仅有的实验主要是边界的磁探针测量（如环形多极器Tokapole）和芯部的电磁波散射测量（如TFTR）。庆幸的是现在诊断技术发展很快，在DIII-D还有Tore Supra等装置上已经发展或正在发展几乎全谱的测量，如微波背向散射、远红外散射、二氧化碳激光散射、束发射光谱、相衬成像、相关反射、电子回旋辐射成像、局部充气成像、重离子探针、边界静电探针等。观察到随着测量的波长变短频谱宽度逐渐加宽。但是并没有明确的ETG存在的证据。正是这个原因，在ITER物理基础II中提到ETG的时候前面频繁冠以“似是而非的”定语。关于ETG另外一个同样重要的问题是，即使存在ETG，它能不能解释这样大的反常电子热输运呢？ETG是短波长的模式，径向输运尺度很短，在毫米量级，根据简单的混合长度估计，即使幅度很大也不可能贡献多少电子热输运，因此无法解释类似Bohm的定标关系。幸好理论研究表明，ETG自生的剪切层流是不重要的，不像ITG的剪切层流那样有强烈的抑制作
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用。于是ETG产生的径向穿流结构得以发展，增强了输运。使得ETG湍流在垂直方向上呈现为各向异性，径向波长远大于极向波长，产生的输运远大于混合长度估计的水平。引入这一径向穿流增强输运机制之后，ETG就能够用来解释反常电子热输运了。而且ITB的弱磁剪切或负磁剪切和高压强梯度能够抑制径向穿流的产生从而改善局部约束，这为实验中观察到的ITB提供了一个可能的解释。至少表面上看这些理论解释都是十分自恰的。需要强调的是，实验中普遍观察到的是低频长波长的涨落，对高频短波长模式的验证还是不充分的，实验数据也比较缺乏，因此现在发展相应的诊断，开展针对性的实验是当务之急。这也是许多大装置上正在发展的项目。
20. Bohm和回旋Bohm是两种宏观经验输运定标关系。Bohm定标就是输运和系统尺度具有
定标关系，表明输运是大尺度的，现在普遍推测的可能原因是：存在径向拉长的大尺度对流单元，可能来自于湍流中的非局域的大尺度相关结构，如ITG中的径向拉长的环形本征模结构；或者存在跨越系统尺度的全局输运事件，自组织临界理论就试图把近临界雪崩过程这一自然界的普遍规律引入聚变界来解释这一现象；或者模的环向耦合也可能使输运和系统尺度发生关系。如果输运和离子或电子的回旋半径具有定标关系，也就是说湍流涨落是空间局域的，湍流结构及产生的对流单元是小尺度的，那么就会呈现出回旋Bohm定标。大部分的湍流模型都是建立在局部涨落和输运的假定之上的，因此都是回旋Bohm的。现在大中型装置上的约束水平基本运行在Bohm和回旋Bohm之间。低约束下接近Bohm定标，高约束下接近回旋Bohm定标。此图显示ITG大型非线性回旋动力学模拟结果，显示离子热输运在小装置上呈现Bohm定标，在大装置上呈现回旋Bohm定标。在一个本质上回旋Bohm模型中出现Bohm类的输运，作者解释为由于逆磁漂移对于旋转剪切的稳定效应，或者由于湍流径向传播，从不稳定的区域散播到稳定的区域，从而增强了稳定区域的输运。
21. 芯部除了上述主要候选模式之外还有两个牵涉到磁扰动的，微撕裂模，或漂移波与
Alfven波耦合。上个世纪90年代TEXT上的实验已经证明了低?托卡马克上输运主要是
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