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中国“人造太阳”团队揭示一种高性能稳态等离子体运行模式形成机理(中新社,7月1日)
文章来源: 发布时间: 2019-07-02

  中新社合肥7月1日电 (记者 吴兰)中国科学院合肥物质科学研究院1日消息,该院等离子体物理研究所EAST团队,发现类似太阳耀斑爆发的物理机制,进而发现了一种高性能稳态等离子体运行模式并揭示其形成机理。 

  相关研究成果近日在线发表在国际权威物理期刊《Physical Review Letters》上。 

  俗称“人造太阳”的全超导托卡马克实验装置(即东方超环,EAST),是中国自主设计建造的世界上第一个非圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置。自2010年获得高约束等离子体以来,不断打破高约束等离子体运行时间的世界记录,率先在国际上突破百秒量级高约束稳态运行。 

  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,使得聚变堆难以长时间稳态运行。 

  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,这是国际磁约束聚变界特别是国际热核聚变实验堆ITER面临的一个严峻挑战。 

  EAST团队在前期成功探索、实现了杂草型小幅度边界局域模(Grassy ELM)运行的基础上,揭示了其产生的物理机制,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。 

  EAST团队负责人万宝年研究员、课题组长徐国盛研究员带领科研人员,针对Grassy ELM运行模式这一前沿课题组织了攻关。 

  在实验中首次揭示出台基分布演化过程中剥离气球模不稳定性边界的移动是Grassy ELM形成的内在动力学机制,并通过实验验证了它与辐射偏滤器,高密度、高自举电流份额,完全非感应驱动等未来稳态聚变堆特需条件的兼容性。 

  中国正在开展1GW聚变功率的中国聚变工程实验堆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,可以应用于未来CFETR的稳态运行。 

  据透露,这一研究的突破为EAST实现更高功率更长时间尺度上的运行提供了有效的解决方案,进而为ITER和CFETR的稳态运行模式的发展奠定了物理基础。(完) 

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