El artículo de Cai Shidong sobre el estudio de las ondas de deriva y su inestabilidad es uno de los documentos importantes sobre el estudio de las ondas de deriva.
2. Estableció un método termodinámico para resolver el límite de saturación no lineal de la oscilación electromagnética anisotrópica. Cai Shidong amplió el método electrostático isotrópico original al límite de saturación no lineal de la oscilación electromagnética anisotrópica, estableciendo así un método termodinámico para resolver el límite de saturación no lineal de la oscilación electromagnética anisotrópica.
3. En el estudio de las ondas de Langmuir de gran amplitud se establece un método de cálculo híbrido. En el estudio de la evolución espacial de ondas de plasma de amplitud finita en plasma libre de colisiones, se establece un algoritmo híbrido analítico y de simulación basado en la coincidencia de condiciones de contorno. Este algoritmo se puede aplicar a expansiones asintóticas a gran escala o perturbaciones a pequeña escala, y la cantidad de cálculo se reduce considerablemente. Esto fue particularmente ventajoso en un momento en que la capacidad y la velocidad de las computadoras no eran muy grandes.
4. Dedujo la relación de dispersión general del plasma débilmente relativista y estableció un método de cálculo analítico para la función de dispersión del plasma de deriva. Bajo la aproximación WKB uniforme y no uniforme, colaboró con el profesor Wu Jingsheng de la Universidad de Maryland para derivar la relación de dispersión general de plasmas débilmente relativistas, extendió la función L al plano complejo y estableció un método de cálculo analítico para la dispersión. Función de los plasmas a la deriva. Esto permite un análisis riguroso de problemas de inestabilidad microscópica impulsados por faltas de homogeneidad y efectos relativistas que durante muchos años solo se han basado en modelos o cálculos numéricos, proporcionando métodos de cálculo para muchos problemas en cuerpos celestes, plasmas espaciales y de laboratorio. Este enfoque es ampliamente citado.
5. Explicar la relación cualitativa entre la inestabilidad del gradiente de temperatura iónica y el confinamiento del plasma. Sobre la base de los resultados experimentales de PLT en tokamak de Princeton, se derivó por primera vez la estructura del modo inestable causada por el gradiente de temperatura de los iones en el plasma del tokamak, y de ahí se derivó la tasa de escala del transporte anómalo. En primer lugar, se explica cualitativamente la relación entre el tiempo de confinamiento y la actualidad. 1. Estableció la ecuación de dinámica ciclotrón de plasma relativista con frecuencia arbitraria y configuración de campo magnético arbitraria.
La capacidad de confinar plasma en un dispositivo de fusión durante mucho tiempo es una de las condiciones importantes para que la fusión termonuclear logre una producción de energía positiva como fuente de energía. La ecuación ciclodinámica es una herramienta básica importante para estudiar la estabilidad y el confinamiento del plasma, especialmente el plasma de alta temperatura.
Cai Shidong colaboró con el profesor Ai Chen de la Universidad de California, EE. UU., para extender las ecuaciones ciclodinámicas que sólo pueden manejar bajas frecuencias a plasmas de relatividad, frecuencias arbitrarias y configuraciones arbitrarias de campos magnéticos, y obtuvo un Conjunto de ecuaciones teóricas microscópicas de volumen de plasmas simples de alta energía. Este trabajo, junto con los conceptos y métodos para calcular la composición de partículas de alta energía, se cita e incluye ampliamente en libros de texto de posgrado. Cai Shidong y sus colaboradores lo utilizaron para calcular diversas inestabilidades y lo ampliaron para calcular la calefacción y el transporte no locales. Ha sido invitado muchas veces a dar informes especiales y revisar informes en este campo. Junto con sus alumnos, también amplió el concepto a los plasmas de campo inverso y de lámina neutra, que durante muchos años se habían considerado inaplicables. Se espera que este trabajo avance la investigación en física del plasma de láminas neutras de cola magnética.
2. Propuso un nuevo concepto de modelo magnetohidrodinámico de plasma estabilizado con partículas de alta energía.
En 1983, el profesor M.N. Rosenbluth de la Universidad de Texas lo invitó a participar en una investigación colaborativa. Colaboraron con el profesor Van Dam y propusieron una nueva idea. Agregar partículas de alta energía al plasma del tokamak puede suprimir la inestabilidad del modo globo y permitir que el plasma ingrese directamente a la segunda zona estable de alta presión específica (alta presión específica). se refiere a la relación entre la energía de fusión producida y la entrada total de energía).
Este trabajo demuestra concretamente que un componente de partículas de alta energía adecuadamente distribuido puede suprimir la inestabilidad en modo globo que desempeña un papel enormemente dañino en dispositivos cuasi estables como el tokamak y mejorar la estabilidad del plasma. Más tarde, Cai Shidong y su equipo ampliaron este efecto estabilizador a la inestabilidad del modo de distorsión interna del plasma tokamak, que puede desempeñar un papel importante en la supresión de la inestabilidad del diente de sierra y la inestabilidad del modo de ruptura interna. Además, también consideraron la posibilidad de una mayor inestabilidad de la resistencia después de suprimir el modo de fluido magnético ideal, y discutieron más a fondo la posibilidad de estabilizar partículas de alta energía desde las perspectivas del calentamiento y el transporte.
Aunque el tokamak es el dispositivo más prometedor para lograr reacciones termonucleares controladas mediante confinamiento magnético, Cai Shidong ve la importancia de los simuladores de satélites para la energía de fusión nuclear. Lideró a estudiantes de posgrado a demostrar que las partículas componentes de alta energía también pueden suprimir las inestabilidades de los modos de globo y los modos de intercambio en simuladores de satélites y campos dipolares.
3. Se espera que los productos de fusión (partículas alfa de alta energía) causen nuevas inestabilidades y que el diseño de los reactores de fusión encuentre nuevos problemas.
La inestabilidad en modo globo de haces dinámicos excitados por iones de alta energía y partículas alfa de alta energía predicha por Cai Shidong y Chen E en 1993 se ha observado ampliamente en laboratorios en los últimos años. La inestabilidad de esta partícula de alta energía puede afectar cualitativamente el efecto de fusión del Centro Internacional de Experimentación de Reacción de Fusión ITER.
En general, se cree que el dispositivo tokamak es el dispositivo con más probabilidades de lograr reacciones termonucleares controladas mediante confinamiento magnético. Sin embargo, las inestabilidades de los modos de globo, los modos de torsión interna, los modos de ruptura interna y las inestabilidades en dientes de sierra en los plasmas tokamak hacen que el plasma sea inestable. Por lo tanto, la nueva idea de estabilizar el plasma tokamak con partículas de componentes de alta energía despertó inmediatamente la respuesta de muchos científicos de todo el mundo. Con el progreso de los experimentos, el plasma de componentes de partículas de alta energía se ha convertido en un campo caliente.
La contribución de Cai Shidong a la teoría del plasma de componentes de partículas de alta energía ha sido muy elogiada internacionalmente y se cree que "Cai Shidong es uno de los principales expertos del mundo en este campo". Cai Shidong, funcionario del Departamento de Energía de Estados Unidos y director de teoría de la fusión, lo invitó a Estados Unidos y le sugirió que estudiara productos de fusión (partículas alfa) en el ITER. El editor en jefe de "Physical Science" de Oxford University Press invitó a Cai Shidong a escribir una monografía sobre este tema. El alcance de la investigación de Cai Shidong es muy amplio e involucra muchos aspectos importantes del plasma. Además, también ha realizado muchos trabajos importantes en colaboración con colegas. Por ejemplo, descubrió el efecto de la vaina de plasma en el modo de deriva, que luego fue confirmado experimentalmente. Estudió el problema de arrastre y el comportamiento lineal y no lineal del modo de arrastre; Excitación de parámetros no lineales; se propone un nuevo concepto de dispositivo de investigación de fusión electromagnética combinada. Inestabilidades y ondas de choque sin colisión que atraviesan campos magnéticos; procesos estocásticos y problemas de calentamiento; radiación mejorada de plasma tokamak y radiación de kilómetros polares; placas neutras de cola magnética y problemas de campo débil, simulación de turbulencia fuerte y colapso de supercavitación: plasmas fuertemente acoplados. En su propio grupo cultiva talentos de investigación teórica en física del plasma. También ayudó a la Universidad de Fudan, la Universidad de Fuzhou y otras universidades a llevar a cabo investigaciones sobre plasma, y también desempeñó un cierto papel en la promoción de la investigación sobre plasma en países en desarrollo de Asia y África.