每經(jīng)編輯｜杜宇    

據(jù)新華社，1月2日，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科研團隊宣布，有“人造太陽”之稱的全超導(dǎo)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(guān)研究成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進展》上。

EAST高密度實驗示意圖。（科研團隊提供）

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(guān)鍵參數(shù)之一，直接影響聚變反應(yīng)速率。

據(jù)央視新聞，對于未來聚變堆，聚變功率正比于燃料密度的平方，因此高密度運行是提高聚變能經(jīng)濟性的必然選擇。“密度極限”是上世紀末發(fā)現(xiàn)的純經(jīng)驗定標，接近密度極限的托卡馬克運行將引發(fā)等離子體破裂，巨大的能量會瞬間釋放到裝置內(nèi)壁，影響裝置的安全運行。國際聚變界完善了跨裝置的經(jīng)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，但對其中的物理機制并不十分清楚。

EAST實驗結(jié)果與PWSO理論預(yù)測相互印證。（科研團隊提供）

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(guān)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(yù)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(dǎo)的物理濺射，控制等離子體突破了密度極限，引導(dǎo)等離子體進入新的密度自由區(qū)。實驗結(jié)果與PWSO理論預(yù)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(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所、華中科技大學(xué)、法國艾克斯-馬賽大學(xué)等單位協(xié)作完成，受到了國家磁約束聚變專項的支持。

每日經(jīng)濟新聞綜合央視新聞、新華社

封面圖片來源：科研團隊提供