穩態超60秒 中國“人造太陽”再獲重大突破

【觀察者網綜合】國家大科學工程“人造太陽”實驗裝置近日再獲重大突破，EAST成為世界首個實現穩態高約束模運行持續時間達到分鐘量級的託卡馬克核聚變實驗裝置。

近日，全超導託卡馬克裝置東方超環（EAST）第十一輪物理實驗獲重大突破：在純射頻波加熱、鎢偏濾器等類似國際熱核聚變實驗堆ITER未來運行條件下，獲得超過60秒的完全非感應電流驅動（穩態）高約束模等離子體。EAST成為世界首個實現穩態高約束模運行持續時間達到分鐘量級的託卡馬克核聚變實驗裝置。

全超導託卡馬克核聚變實驗裝置。

這是EAST5000萬度、102秒等離子體放電實驗數據圖。

該研究成果在第26屆國際原子能機構聚變能大會以特邀報告形式進行了發佈。國際磁約束聚變資深專家、日本那珂核融合研究所先進等離子體物理研究部主任鐮田裕在聚變能大會總結報告中，高度評價EAST此次實驗成果，認為其對未來國際熱核實驗反應堆(ITER)計劃具重要意義。在純射頻波加熱、鎢偏濾器等條件下，實現穩態高約束模等離子體放電，是ITER的基本運行模式之一。

2012年EAST物理實驗曾創造32秒高約束模世界紀錄。為進一步發展穩態高約束模，近年來，EAST相繼完成了輔助加熱、鎢偏濾器、等離子體物理診斷等系統的升級改造，克服了加熱與電流驅動、分佈參數測量等關鍵技術難題，深入研究和基本解決了射頻波耦合、高約束等離子體穩定性控制、低動量條件下加熱和電流驅動下輸運等一系列物理問題，為實現長脈衝穩態高約束模等離子體奠定了堅實的基礎。研究成果連續5年被《核聚變》評為亮點論文，另有多篇發表在《自然—物理學》《物理評論快報》等期刊。

10月中旬，EAST團隊本輪實驗獲得的超過60秒的穩態高約束模等離子體放電，不僅在等離子體參數、約束性能和維持時間長度上全面、大幅度超過2012年結果，而且實現了完全的非感應電流驅動(即穩態、環電壓為零)。同時實現純射頻波加熱的高約束模加熱模式。此外還取得了實現全程無大幅度邊界局域模，實現等離子體運行軟着陸等重要成果。

美、法等國在20世紀80年代中期發起ITER計劃，旨在建立世界上第一個受控熱核聚變實驗反應堆，為人類輸送巨大的清潔能量。這一過程與太陽產生能量的過程類似，因此受控熱核聚變實驗裝置也被俗稱為“人造太陽”。中國是這一計劃的參與國之一。

EAST是由中國科學家獨立設計建造的世界首個全超導核聚變實驗裝置，於2007年通過國家驗收。它在近年來取得了一系列處於國際領先地位的實驗成果，其科學目標是為ITER計劃和中國未來獨立設計建設運行核聚變堆奠定堅實的科學和技術基礎。

據瞭解，ITER將採用射頻波主導的低動量注入運行模式以及主動水冷的鎢偏濾器結構。EAST是目前世界上唯一具備這兩大特色的且具有長脈衝運行能力的全超導託卡馬克，其穩態運行模式將為ITER和未來核聚變反應堆提供重要參考。

近年來，EAST相繼完成了輔助加熱、鎢偏濾器、等離子體物理診斷等系統的升級改造，克服了加熱與電流驅動、分佈參數測量等關鍵技術難題，深入研究和基本解決了射頻波耦合、高約束等離子體穩定性控制、等離子體與壁相互作用物理、低動量條件下加熱和電流驅動下輸運、雜質輸運和控制等一系列穩態運行密切相關的物理問題，為實現長脈衝穩態高約束模等離子體奠定了堅實的基礎。

（綜合人民日報、新華網、中國科學報消息）