边缘局域模物理和边缘台阶区是目前托卡马克磁约束聚变等离子体研究的重要内容,具有边缘局域模(ELMs)的高约束模(H模)被认为是未来磁约束聚变实验反应堆的主要参考运行模式。随着边缘台阶区压强梯度的积累,边缘局域模不稳定性会间歇性爆发,产生流向偏滤器靶板和第一壁的大通量粒子流和热流,对反应堆产生严重的损害。而ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)的可靠运行在要求具有高的台阶区的同时需要避免大尺度边缘局域模不稳定性爆发。因此,对边缘局域模的研究具有十分重要的意义。　　 在托卡马克聚变等离子体中,有多种不同的模式被认为是边缘局域模的可能形式。其中,由压强梯度驱动的理想气球模(Ideal Ballooning Mode)、动力学气球模(KBM)和电流及压强梯度共同驱动的剥离气球模(PBM)被认为是重要的候选模式。　　 本文采用了基于PIC方法的全域回旋动力学环向程序GTC对气球模进行模拟研究。首先,在理论上从弗拉索夫方程出发,推导出了理想气球模的动力学本征方程,并在线性和长波长条件下简化为理想磁流体公式,证明了回旋动力学理论可以用于研究托卡马克聚变等离子体的磁流体物理。与理想气球模相比,在动力学气球模中,考虑了离子的有限拉莫尔半径效应及抗磁漂移效应。　　 在利用GTC程序对理想气球模进行模拟时,为了便于和磁流体程序(如BOUT++等)的模拟结果进行比对,在模拟中采用了与BOUT++相同的边缘压强台阶和径向安全因子曲线,得到了理想气球模结构及其不稳定性增长率等结果。从模拟结果中,发现理想气球模的结构有明显的“气球”状特征,而且这些“气球”状的位置刚好是等离子中压强梯度最强的区域。另外,通过与磁流体模拟结果的对比可以明显看出,GTC的理想气球模结构和模不稳定性增长率都与磁流体程序模拟结果相吻合,进一步说明了GTC模拟结果的可靠性,也充分证明了回旋动力学程序GTC具有研究托卡马克磁流体现象的能力。