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传统的托卡马克聚变堆的设计是基于当前的技术和物理知识，是ITER设计的自然外推。这种堆具有大的单元规模、大的投资、脉冲运行和结构材料高度活化，因而在经济上和环境上都不很吸引人。为此人们提出了当前受控核聚变研究的重要课题——先进托卡马克概念研究，其研究目的是利用尚未充分确立的等离子体物理状态来避免传统的托卡马克聚变堆中一些不希望有的特点。本论文分三章对先进托卡马克中的相关物理问题进行了研究。