中國“人造太陽”找到突破密度極限方法

??記者3日從中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所獲悉，被稱為“人造太陽”的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）在物理實驗中取得重要成果。研究團隊基于邊界等離子體與壁相互作用自組織理論，通過物理實驗證實了托卡馬克密度自由區(qū)的存在。相關研究成果于1日發(fā)表在國際學術期刊《科學進展》上。

??對于未來聚變堆，聚變功率與燃料密度的平方成正比，因此高密度運行是提高聚變能經濟性的必然選擇。“密度極限”是20世紀末發(fā)現(xiàn)的純經驗定標，超過密度極限的托卡馬克運行將引發(fā)等離子體破裂，巨大能量會瞬間釋放到裝置內壁，影響裝置的安全運行。雖然國際聚變界通過完善跨裝置經驗定標，并在芯部彈丸注入等特定條件下獲得了超密度極限運行，逐步明確觸發(fā)密度極限的物理過程發(fā)生于邊界區(qū)域，但是對其中的物理機制并不十分清楚。

??基于這一問題，科研團隊發(fā)展了一種新的理論模型——邊界等離子體與壁相互作用自組織（PWSO）理論模型。通過這個模型，團隊發(fā)現(xiàn)了邊界雜質引發(fā)的輻射不穩(wěn)定性在觸發(fā)密度極限時的關鍵作用，解析出了輻射不穩(wěn)定性的邊界，揭示了密度極限的觸發(fā)機理，并預測了密度極限之外的密度自由區(qū)。在實驗中，研究人員依托EAST裝置的全金屬壁運行環(huán)境，利用電子回旋共振加熱和預充氣協(xié)同啟動等方法，減少了裝置邊界的雜質濺射，延遲了密度極限的到來和等離子體破裂的發(fā)生。研究人員還通過調控靶板的物理條件，降低了靶板鎢雜質造成的物理濺射，讓等離子體成功突破了密度極限，并平穩(wěn)進入了預測中的密度自由區(qū)。實驗結果和PWSO理論預測高度吻合，首次證實了托卡馬克密度自由區(qū)的存在。（記者洪敬譜 通訊員蔡其敏）

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