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(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)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(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置（EAST）在物理實(shí)驗(yàn)中取得重要成果。研究團(tuán)隊(duì)基于邊界等離子體與壁相互作用自組織理論，通過物理實(shí)驗(yàn)證實(shí)了托卡馬克密度自由區(qū)的存在。相關(guān)研究成果于1日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)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(yùn)行是提高聚變能經(jīng)濟(jì)性的必然選擇。“密度極限”是20世紀(jì)末發(fā)現(xiàn)的純經(jīng)驗(yàn)定標(biāo)，超過密度極限的托卡馬克運(yùn)行將引發(fā)等離子體破裂，巨大能量會瞬間釋放到裝置內(nèi)壁，影響裝置的安全運(yùn)行。雖然國際聚變界通過完善跨裝置經(jīng)驗(yàn)定標(biāo)，并在芯部彈丸注入等特定條件下獲得了超密度極限運(yùn)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(jī)制并不十分清楚。

??基于這一問題，科研團(tuán)隊(duì)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(gè)模型，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了邊界雜質(zhì)引發(fā)的輻射不穩(wěn)定性在觸發(fā)密度極限時(shí)的關(guān)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(jī)理，并預(yù)測了密度極限之外的密度自由區(qū)。在實(shí)驗(yàn)中，研究人員依托EAST裝置的全金屬壁運(yùn)行環(huán)境，利用電子回旋共振加熱和預(yù)充氣協(xié)同啟動(dòng)等方法，減少了裝置邊界的雜質(zhì)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(diào)控靶板的物理?xiàng)l件，降低了靶板鎢雜質(zhì)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(jìn)入了預(yù)測中的密度自由區(qū)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和PWSO理論預(yù)測高度吻合，首次證實(shí)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）

【責(zé)任編輯:周靖杰】