【我国找到“人造太阳”高性能稳态运行模式】
采访人员从中科院离子体物理研究所获悉 ， 该所EAST超导托卡马克团队在前期工作基础上 ， 发展出了一种高性能稳态等离子体运行模式 ， 并系统验证了其与未来聚变堆若干运行条件的兼容性 。 研究成果日前在线发表在国际物理期刊《物理评论快报》上 。
在托卡马克核聚变实验装置中 ， 高约束等离子体的边界区域会周期性地爆发出一种称为边界局域模（ELM）的不稳定性 。 大幅度ELM类似太阳耀斑爆发 ， 造成等离子体能量和粒子的瞬间释放 ， 喷射出强大的热脉冲 ， 侵蚀装置的内壁 ， 甚至导致材料的熔化 ， 并产生大量杂质粒子污染聚变堆芯部等离子体 ， 制约聚变堆长时间稳态运行 。
在未来聚变堆上 ， 需要将ELM带来的瞬态热负荷降低至少20倍 ， 这是国际热核聚变实验堆ITER面临的一个严峻挑战 ， 探索无ELM或具有小幅度ELM的高约束运行模式及其物理机制 ， 是磁约束聚变研究的一个重大科学前沿问题 。
Grassy ELM是一种特殊的自发高频小幅度ELM ， 它带来的瞬态热负荷通常低于常规大幅度ELM的1/20 ， 但其机理和获得条件不清楚 ， 国际一些主流托卡马克上一直难以稳定地获得这种运行模式 。 在未来聚变堆上 ， 能否稳定可靠地获得这种运行模式 ， 是国际聚变界亟待回答的问题 。
EAST团队在与未来聚变堆类似的金属壁、低旋转、电子主导加热等物理条件下 ， 确认了获得这一模式的物理条件 。 他们在实验中首次揭示出Grassy ELM形成的内在动力学机制 ， 并发现它对杂质具有很强的排出能力 ， 特别适合实现高性能等离子体的长时间稳态运行 。 这一运行模式为解决聚变堆瞬态热负荷瓶颈问题 ， 实现聚变堆的稳态运行提供了一种潜在的新方案 。
据悉 ， 我国正在开展1GW聚变功率的聚变工程实验堆CFETR的集成工程设计 ， 这种运行模式的等离子体部分归一化参数与CFETR的设计参数接近 ， 为应用于未来ITER和CFETR高性能稳态运行模式奠定了物理基础 。
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