中國(guó)人造太陽實(shí)驗(yàn)又有新突破揭示密度極限機(jī)理

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2026-01-02 11:27:15 環(huán)球時(shí)報(bào)

1月2日，中國(guó)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(tuán)隊(duì)宣布，全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置EAST實(shí)驗(yàn)證實(shí)了托卡馬克密度自由區(qū)的存在，并找到了突破密度極限的方法，為磁約束核聚變裝置高密度運(yùn)行提供了重要依據(jù)。相關(guān)研究成果發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)展》上。

托卡馬克裝置是一種利用磁約束來實(shí)現(xiàn)受控核聚變的環(huán)形設(shè)備，通過鎖住高溫等離子體達(dá)到核聚變目的。等離子體密度是影響托卡馬克性能的關(guān)鍵參數(shù)之一，直接影響聚變反應(yīng)速率。過去的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)入x子體密度達(dá)到某個(gè)極限時(shí)，等離子體會(huì)破裂并逃脫磁場(chǎng)約束，導(dǎo)致巨大能量釋放到裝置內(nèi)壁，威脅裝置安全運(yùn)行。盡管國(guó)際聚變界長(zhǎng)期研究發(fā)現(xiàn)觸發(fā)密度極限的過程發(fā)生在等離子體與裝置內(nèi)壁邊界區(qū)域，但對(duì)具體機(jī)制并不十分清楚。

此次我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)發(fā)展了邊界等離子體與壁相互作用自組織理論模型，揭示了邊界雜質(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。依托EAST全金屬壁運(yùn)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(dòng)等方法降低了邊界雜質(zhì)濺射，主動(dòng)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?xiàng)l件，減少了鎢雜質(zhì)主導(dǎo)的物理濺射，成功控制等離子體突破了密度極限，進(jìn)入新的密度自由區(qū)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)測(cè)高度吻合，首次證實(shí)了托卡馬克密度自由區(qū)的存在。這一創(chuàng)新性工作不僅為理解密度極限提供了重要線索，還為托卡馬克高密度運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

這項(xiàng)工作由中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所、華中科技大學(xué)及法國(guó)艾克斯-馬賽大學(xué)等單位協(xié)作完成，得到了國(guó)家磁約束聚變專項(xiàng)的支持。

(責(zé)任編輯：zhangxiaohua)

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