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蔡诗东30多年来一直从事等离子体理论研究工作。他的研究面很广，发表了150余篇论文，他的研究工作，被同行们广泛引用。在一些重要的前沿领域做出了系统的，创造性的贡献。
1. 推导出了热流非对角元与逆磁对流项相消的恒等式，后被普林斯顿实验室同行称为“蔡氏等式”，从此，等离子体宏观方程应力与热流的表达式被固定了下来；1960年代，人们对静态等离子体（Q-machine plasma）中的碰撞漂移波不稳定性在实验上和理论上做了广泛的研究，他们的研究结果虽然可以定性地解释部分实验结果，但仍然存在着不少不能解释的现象。蔡诗东在分析了前人工作的基础上，考虑到了热涨落和边界条件，以及碰撞粘滞性和热输运的联合作用以后，所得到的计算结果极大地改进了与实验结果符合的程度，同时预言了熵模不稳定性的存在,这个预言后被实验证实.
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2． 建立了求解各向异性电磁振荡非线性饱和极限的热力学方法。 蔡诗东把原有的各向同性静电法推广到了各向异性电磁振荡非线性饱和极限的情形，从而建立了求解各向异性电磁振荡非线性饱和极限的热力学方法。 3. 对大幅度朗缪尔（Langmuir）波的研究，建立了混合计算方法在对无碰撞等离子体中有限幅度等离子体波的空间演变的研究中，建立了利用边界条件匹配的解析与模拟混合算法。这个算法，对大幅度渐近展开或对小幅度的扰动都可适用，还大大地减少了计算量。这在当时计算机容量与速度还不很大的条件下，其优越性尤显突出。 4. 推导出了弱相对论普遍色散关系，并建立了漂移等离子体色散函数的解析计算方法在均匀和非均匀WKB近似下，与美国马里兰大学吴京生教授等合作推导出了弱相对论性等离子体的普遍色散关系，并将L-函数推广到复平面，建立了漂移等离子体色散函数的解析计算方法，从而使多年来只能用模型或数值计算的由非均匀性和相对论效应驱动的微观不稳定性问题可以进行严格的解析处理，为天体，空间和实验室等离子体的许多问题提供了计算方法。这一方法被广泛引用。 5. 解释了离子温度梯度不稳定性与等离子体约束的定性关系。根据普林斯顿托卡马克装置PLT的实验结果，首先导出了离子温度梯度在托卡马克等离子体中所导致的不稳定性模式结构，并从此推导出反常输运的定标率，首先定性地说明了约束时间与电流的关系。
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热核聚变等离子体理论研究
1. 建立了适用于相对论、任意频率、任意磁场位形的等离子体的回旋动力论方程。 等离子体在聚变装置中能否约束足够长的时间是热核聚变作为能源实现正能量输出的重要条件之一。回旋动力论方程是研究等离子体，特别是高温等离子体稳定和约束的重要的基本工具。 蔡诗东与美国加州大学陈骝教授合作将原来只能处理低频的回旋动力论方程，推广到了能适用于相对论、任意频率、任意磁场位形的等离子体，为高能等离子体微观理论得到一组计算简便的方程。这一工作和高能粒子分量的计算概念与方法已被广为引用并已列入研究生教材。蔡诗东与他的合作者又用它来计算各种不稳定性，并推广到计算非局域加热和输运。他曾多次被邀作这方面的特邀报告和评论报告。他还与他的学生将此概念开拓到多年来大家认为无法适用的反场和中性片位形等离子体，预计，这一工作会推动地磁尾中性片等离子体物理的研究。 2. 提出了高能粒子稳定等离子体磁流体模的新概念 1983年，美国得克萨斯大学M.N. Rosenbluth 教授邀请他从事合作研究。他们与Van Dam教授等合作提出了托卡马克等离子体中加入高能粒子后可抑制气球模不稳定性，使等离子体直接进入高比压（高比压指的是产生的聚变能量和输入的总能量之比值）第二稳定区的新思想。该工作具体证明了具有适当分布的高能粒子分量在托卡马克等准稳态装置中可以抑制起很大破坏作用的气球模不稳定性，增强等离子体稳定性。其后，蔡诗东和他的研究小组又把这种致稳作用推广到托卡马克等离子体的内扭曲模不稳定性，从而有可能对锯齿不稳定性与内破裂模不稳定性起到重要的抑制作用。此外，他们还考虑了理想磁流体模被抑制后电阻性不稳定性增长的可能性，并进一步从加热和输运的角度来讨论实现高能粒子稳定作用的可能性。 托卡马克虽然是磁约束途径中最有希望实现受控热核反应的装置，但蔡诗东看到了仿星器对核聚变能最后具有实用意义的重要性，他带领研究生首先证明了高能分量粒子对仿星器与偶极场中的气球模与交换模不稳定性也可能起到抑制作用。 3. 预言了聚变产物（高能α粒子）会激发一些新的不稳定性，并提出了聚变堆设计中将会遇到的新问题。 蔡诗东与陈骝在1993年所预言的高能离子和高能α粒子激发的动力束气球模不稳定性近年来已普遍地在实验室中观察到。该类高能粒子不稳定性可能定性地影响国际聚变反应实验装置ITER的聚变成效。 普遍认为，托卡马克装置是磁约束途径中最有可能实现受控热核反应的装置，但托卡马克等离子体中的气球模、内扭曲模、内破裂模等不稳定性和锯齿不稳定性使等离子体不能稳定存在，因而，高能分量粒子对托卡马克等离子体的稳定作用这一新思想一经提出，立即引起了国际上许多科学家的反响,随着实验的进展，高能粒子分量等离子体已发展成为一个热门领域。 国际上对蔡诗东在高能粒子分量等离子体理论上的贡献给了很高的评价，认为 “蔡诗东是这个领域的世界领先的专家之一”。美国能源部官员，聚变理论主任邀请蔡诗东赴美并建议从事ITER(国际聚变实验堆)中聚变产物（α粒子）问题的研究。牛津大学出版社物理科学主编邀蔡诗东撰写这方面的专著。
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