實(shí)現(xiàn)高性能等離子體穩(wěn)態(tài)運(yùn)行是未來聚變堆必須要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。近期，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“人造太陽”東方超環(huán)EAST團(tuán)隊(duì)發(fā)揮體系化建制化優(yōu)勢，取得了系列原創(chuàng)性的基礎(chǔ)物理研究成果。1月7日，國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)·進(jìn)展》(Science Advances)發(fā)表了該團(tuán)隊(duì)在高能量約束先進(jìn)模式等離子體運(yùn)行方面取得的重要成果。
托卡馬克先進(jìn)運(yùn)行模式是當(dāng)前磁約束核聚變研究的熱點(diǎn)之一。EAST團(tuán)隊(duì)在托卡馬克裝置實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)并證明了一種新的高能量約束模式，這種先進(jìn)模式大幅度提高了能量約束效率，具有芯部無雜質(zhì)積累，便于聚變反應(yīng)生成物排出，維持平穩(wěn)溫度臺(tái)基等優(yōu)點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)了芯部高約束與邊界不穩(wěn)定性的兼容，保證了長時(shí)間尺度上的高性能等離子體運(yùn)行。這種無需通過外部控制來確保等離子體穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的高能量約束模式，對于國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆和未來聚變堆運(yùn)行具有重要意義。(圖1.圖2.)
此外，科研團(tuán)隊(duì)還在湍流驅(qū)動(dòng)等離子體電流、偏濾器脫靶與高約束等離子體兼容等方面取得重要成果，相關(guān)研究成果日前發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters)(圖3.)和《自然·通訊》(Nature Communications)上(圖4.)�？蒲袌F(tuán)隊(duì)在等離子體物理基礎(chǔ)研究領(lǐng)域深耕探索，發(fā)現(xiàn)系列新的物理現(xiàn)象，揭示和驗(yàn)證了其中的相關(guān)物理機(jī)制，為聚變堆的建設(shè)和運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。
EAST全超導(dǎo)托卡馬克裝置
圖1. 長脈沖放電。0.33MA等離子體電流和平均密度 (A)，輻射功率和輔助加熱功率1.65MW(B)，離子飽和電流以及內(nèi)外靶板打擊點(diǎn)SP1和SP2(C)，偏濾器熱通量峰值(D)。
圖2. 聚變?nèi)朔e (密度×溫度×能量約束時(shí)間) 和等離子放電時(shí)間的圖表。不同兆安電流和兆瓦功率等級(jí)托卡馬克之間的比較。
圖3.湍流驅(qū)動(dòng)的電流與自舉電流動(dòng)力學(xué)特征。
圖4.偏濾器全脫靶與著靶狀態(tài)等離子體輻射的二維分布對比
