中科院離子體物理研究所找到“人造太陽”高性能穩態運行模式_風聞

來源：科技日報

記者從中科院離子體物理研究所獲悉，該所EAST超導託卡馬克團隊在前期工作基礎上，發展出了一種高性能穩態等離子體運行模式，並系統驗證了其與未來聚變堆若干運行條件的兼容性。研究成果日前在線發表在國際物理期刊《物理評論快報》上。

全超導託卡馬克大科學裝置EAST

在託卡馬克核聚變實驗裝置中，高約束等離子體的邊界區域會週期性地爆發出一種稱為邊界局域模（ELM）的不穩定性。大幅度ELM類似太陽耀斑爆發，造成等離子體能量和粒子的瞬間釋放，噴射出強大的熱脈衝，侵蝕裝置的內壁，甚至導致材料的熔化，併產生大量雜質粒子污染聚變堆芯部等離子體，制約聚變堆長時間穩態運行。

在未來聚變堆上，需要將ELM帶來的瞬態熱負荷降低至少20倍，這是國際熱核聚變實驗堆ITER面臨的一個嚴峻挑戰，探索無ELM或具有小幅度ELM的高約束運行模式及其物理機制，是磁約束聚變研究的一個重大科學前沿問題。

Grassy ELM是一種特殊的自發高頻小幅度ELM，它帶來的瞬態熱負荷通常低於常規大幅度ELM的1/20，但其機理和獲得條件不清楚，國際一些主流託卡馬克上一直難以穩定地獲得這種運行模式。在未來聚變堆上，能否穩定可靠地獲得這種運行模式，是國際聚變界亟待回答的問題。

EAST團隊在與未來聚變堆類似的金屬壁、低旋轉、電子主導加熱等物理條件下，確認了獲得這一模式的物理條件。他們在實驗中首次揭示出Grassy ELM形成的內在動力學機制，並發現它對雜質具有很強的排出能力，特別適合實現高性能等離子體的長時間穩態運行。這一運行模式為解決聚變堆瞬態熱負荷瓶頸問題，實現聚變堆的穩態運行提供了一種潛在的新方案。

據悉，我國正在開展1GW聚變功率的聚變工程實驗堆CFETR的集成工程設計，這種運行模式的等離子體部分歸一化參數與CFETR的設計參數接近，為應用於未來ITER和CFETR高性能穩態運行模式奠定了物理基礎。