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我國核聚變技術重大里程碑“人造太陽”實驗破解高密度運行世界級難題

2026-01-03 16:01  來源:cnnpn  瀏覽:  

1月2日,中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院等離子體物理研究所科研團隊宣布,有“人造太陽”之稱的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置(EAST)實驗證實托卡馬克密度自由區(qū)的存在,找到突破密度極限的方法,為磁約束核聚變裝置高密度運行提供了重要的物理依據(jù)。相關研究成果發(fā)表在國際學術期刊《科學進展》上。

托卡馬克裝置是一種利用磁約束來實現(xiàn)受控核聚變的環(huán)形裝置,猶如一個螺旋形“磁跑道”,鎖住高溫等離子體,達到核聚變目的。等離子體密度是托卡馬克性能的關鍵參數(shù)之一,直接影響聚變反應速率。過去,科研人員發(fā)現(xiàn),等離子體密度存在一個極限,一旦達到極限,等離子體就會破裂并逃脫磁場約束,巨大能量釋放到裝置內(nèi)壁,影響裝置安全運行。國際聚變界通過長期研究發(fā)現(xiàn),觸發(fā)密度極限的物理過程發(fā)生于等離子體和裝置內(nèi)壁的邊界區(qū)域,但對其中的物理機制并不十分清楚。

此次,我國科研團隊發(fā)展了邊界等離子體與壁相互作用自組織(PWSO)理論模型,發(fā)現(xiàn)邊界雜質(zhì)引起的輻射不穩(wěn)定性在密度極限觸發(fā)中的關鍵作用,揭示了密度極限的觸發(fā)機理。依托EAST全金屬壁運行環(huán)境,科研人員利用電子回旋共振加熱和預充氣協(xié)同啟動等方法降低邊界雜質(zhì)濺射,主動延遲了密度極限和等離子體破裂的發(fā)生。通過調(diào)控靶板的物理條件,降低了靶板鎢雜質(zhì)主導的物理濺射,控制等離子體突破了密度極限,引導等離子體進入新的密度自由區(qū)。實驗結(jié)果與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。這一創(chuàng)新性工作為理解密度極限提供了重要線索,并為托卡馬克高密度運行提供了重要的物理依據(jù)。

這項工作由中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院等離子體物理研究所、華中科技大學、法國艾克斯-馬賽大學等單位協(xié)作完成,受到了國家磁約束聚變專項的支持。

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