39-EFT.WP.Plasma.Confinement v1.0 | 第3章 公设与物理图像（P10-）

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第3章 公设与物理图像（P10-）

I. 章节目标与先决

1. 目标：提出 Plasma Confinement（PC）的最小公设族 P10-PC-*，给出平衡—扰动—输运的分层物理图像，统一 B/E/J/u_s/n_{e/i}/T_{e/i}/p/β/psi/q(psi) 与波/加热、边界层、诊断的接口，使后续 S20-/S30-/S40-/S50-/S60-/S70-/S80-/I10-/I20-/I30-/M10-/M20- 在同一口径下展开。
2. 共享到达时两口径（等价，须显式路径/测度并记录 delta_form）：
   • 常量外提：T_arr = ( 1 / c_ref ) * ( ∫ n_eff d ell )
   • 一般口径：T_arr = ( ∫ ( n_eff / c_ref ) d ell )
3. 频域变量统一 omega；关键等式 check_dim = pass；跨卷硬门：守恒/因果成立与两口径 T_arr 一致。

II. 物理直观图像（平衡—扰动—输运三层）

• 平衡层：在给定几何/线圈与压力函数 p(psi) 下，磁面由 psi 描述，q(psi) 决定场线螺距；能量与粒子收支在磁面平均意义下平衡。
• 扰动层：小扰动 δB, δu_s, δp 按模式 (n,m) 分解，受能量原理 δW 与阻尼/驱动机制（共振、剪切）约束。
• 输运层：湍流与碰撞耦合产生跨磁面通量 Γ_s, Q_s，在大尺度上体现为各向异性扩散 χ_∥ >> χ_⊥ 与经验/理论闭式（如 D_GB）。
• 波与能量通路：E_RF 通过 n_eff(omega) 与共振 k·v≈ω 将能量沉积于 P_dep(r)，改变 T_s, u_s 与 q(psi)；其传播路径以 gamma(ell) 表示并记录 T_arr。

III. 公设清单（P10-PC-*）

• P10-PC-1（准中性与守恒）
  陈述：∑_s q_s n_s ≈ 0；全系统满足能量与粒子守恒：
  ∂_t(energy) + ∇·S = P_in − P_rad − P_wall。
  适用域：宏观时间尺度（远大于波周期与碰撞时间的最小者）。
  证伪要点：测量平衡收支在不确定度外失配（见第13章）。
• P10-PC-2（尺度分离与各向异性）
  陈述：ρ_L << L_B、λ_mfp 与波/漂移时间尺度可分离，允许导引中心与磁面平均；输运张量满足 χ_∥ >> χ_⊥。
  适用域：强磁化、弱梯度区。
  证伪要点：诊断显示 χ_⊥ 与 χ_∥ 同量级且与几何剪切无关。
• P10-PC-3（磁面与安全因子）
  陈述：存在嵌套磁面与良定 q(psi)；磁岛/随机层作为例外需在边界模型中单列。
  适用域：核心与良好约束区。
  证伪要点：由磁测/平衡反演得到的 q(psi) 与边界条件不相容。
• P10-PC-4（波—粒子共振与有效折射率）
  陈述：k·v ≈ ω 的共振吸收主导沉积，n_eff(omega) 可在给定密度/温度背景下定义并用于波线追迹。
  适用域：冷/温等离子体近似有效的频带。
  证伪要点：P_dep(r) 峰位/宽度与 n_eff, k_∥/k_⊥ 预测系统性偏离。
• P10-PC-5（边界层/鞘层相容性）
  陈述：边界层与鞘层满足势降与质量/能量通量匹配，向外通量与壁功率闭合。
  适用域：Ω_edge/Ω_SOL。
  证伪要点：偏滤器热负荷与体源/沉积计算不闭合。

IV. 最小映射与接口摘要（S/I/M 锚点）

• 平衡与拓扑（S30-/I20-）：geometry, coils, p(psi) -> {psi, q(psi), J_∥}；网格/坐标与诊断几何一致。
• 稳定性（S40-）：能量原理 δW 与谱方法得到模式判据，映射至可测谱线。
• 波与加热（S50-/I30-）：{E_RF, n_eff(ω), gamma(ell)} -> {T_arr, α_abs, P_dep(r)}；T_arr 两口径记录 delta_form。
• 输运与闭式（S70-）：{S_k(ω), shear} -> {Γ_s, Q_s, χ_⊥}（闭式/标度）；
• 诊断与计量（M10-）：state -> observables 映射及不确定度；
• 实验设计与证伪（M20-）：针对 P10-PC-* 的对照与门限。

V. 工程实现与记录（最小执行口径）

• 强制记录：binding_ref（几何/线圈/边界绑定）、equilibrium{psi,q(psi)}、transport/closure、rf{freq,n_eff,α_abs,P_dep}、diagnostics{AF/PF,cal}、arrival{form,gamma,measure,c_ref,Tarr,u_Tarr,delta_form}、qa_gates{check_dim,conservation,stability}。
• 相位改正：arg Z_corr(omega) = arg Z_raw(omega) − ( omega · Δt_sync )（若本章涉及相位拟合）。
• 记录模板：
• pc_postulates_record:
• equilibrium: {solver:"GS", p_of_psi:"poly3", F_of_psi:"tab"}
• stability: {method:"energy_principle", modes:[{n:1,m:2}, {n:2,m:1}]}
• rf:
• freq_GHz: 170
• n_eff_model: "cold_plasma"
• rays: [{gamma:"explicit", nodes:[...]}]
• transport: {closure:"gyroBohm", chi_perp_m2s: 0.6}
• arrival:
• form: "n_over_c"
• gamma: "explicit"
• measure: "d_ell"
• c_ref: 299792458.0
• Tarr_s: 2.31e-06
• u_Tarr_s: 8.0e-08
• delta_form: "n_over_c"
• qa_gates: {check_dim:"pass", conservation:"pass", stability:"pass"}

VI. 基线与参考场景（可复现）

• EQ-GS：psi/q(psi) 与磁测/束缚口径对齐的平衡回归。
• RF-DEP：T_arr/α_abs 与 P_dep(r) 峰位的窗口一致性测试。
• MHD-MODE：δW 判据与特征频谱到 ECE/磁测通道的映射。
• TRAN-GB：Γ_s/Q_s 与 D_GB 标度验证。

每个基线配 dataset_card/pipeline_card/env_lock 与参考输出，作为回归与发布门。

VII. 可证伪准则（本章对应）

• J-PC-1（守恒破坏）：能量/粒子收支偏离不确定度，否决 P10-PC-1 的闭式与源项设定。
• J-PC-2（拓扑不符）：q(psi) 反演与平衡解不一致，否决 P10-PC-3 的几何/电流设定。
• J-PC-3（共振与沉积不符）：P_dep(r) 与 n_eff, k_∥/k_⊥ 预测偏离，否决 P10-PC-4 的波传播口径。
• J-PC-4（各向异性失效）：诊断表明 χ_⊥ ~ χ_∥ 且与剪切弱相关，否决 P10-PC-2。
• J-PC-5（两口径到达时）：|T_arr^{(1)}−T_arr^{(2)}| > u(T_arr)，拒绝发布。

VIII. 跨章引用与闭环

• 依赖：第2章（术语与符号）、第5章（平衡与拓扑）、第6章（稳定性）、第7章（波与加热）、第9章（输运）、第12章（诊断与计量）。
• 对接：第4章（S20-* 最小方程）、第13章（实验设计与证伪）、第14章（仿真栈与基准算例）、第16章（设计规程与工程清单）。