記者從中科院離子體物理研究所獲悉，該所EAST超導(dǎo)托卡馬克團(tuán)隊(duì)在前期工作基礎(chǔ)上，發(fā)展出了一種高性能穩(wěn)態(tài)等離子體運(yùn)行模式，并系統(tǒng)驗(yàn)證了其與未來(lái)聚變堆若干運(yùn)行條件的兼容性。研究成果日前在線發(fā)表在國(guó)際物理期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。
在托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置中，高約束等離子體的邊界區(qū)域會(huì)周期性地爆發(fā)出一種稱為邊界局域模（ELM）的不穩(wěn)定性。大幅度ELM類似太陽(yáng)耀斑爆發(fā)，造成等離子體能量和粒子的瞬間釋放，噴射出強(qiáng)大的熱脈沖，侵蝕裝置的內(nèi)壁，甚至導(dǎo)致材料的熔化，并產(chǎn)生大量雜質(zhì)粒子污染聚變堆芯部等離子體，制約聚變堆長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。
在未來(lái)聚變堆上，需要將ELM帶來(lái)的瞬態(tài)熱負(fù)荷降低至少20倍，這是國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆ITER面臨的一個(gè)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，探索無(wú)ELM或具有小幅度ELM的高約束運(yùn)行模式及其物理機(jī)制，是磁約束聚變研究的一個(gè)重大科學(xué)前沿問(wèn)題。
Grassy ELM是一種特殊的自發(fā)高頻小幅度ELM，它帶來(lái)的瞬態(tài)熱負(fù)荷通常低于常規(guī)大幅度ELM的1/20，但其機(jī)理和獲得條件不清楚，國(guó)際一些主流托卡馬克上一直難以穩(wěn)定地獲得這種運(yùn)行模式。在未來(lái)聚變堆上，能否穩(wěn)定可靠地獲得這種運(yùn)行模式，是國(guó)際聚變界亟待回答的問(wèn)題。
EAST團(tuán)隊(duì)在與未來(lái)聚變堆類似的金屬壁、低旋轉(zhuǎn)、電子主導(dǎo)加熱等物理?xiàng)l件下，確認(rèn)了獲得這一模式的物理?xiàng)l件。他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中首次揭示出Grassy ELM形成的內(nèi)在動(dòng)力學(xué)機(jī)制，并發(fā)現(xiàn)它對(duì)雜質(zhì)具有很強(qiáng)的排出能力，特別適合實(shí)現(xiàn)高性能等離子體的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。這一運(yùn)行模式為解決聚變堆瞬態(tài)熱負(fù)荷瓶頸問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)聚變堆的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行提供了一種潛在的新方案。
據(jù)悉，我國(guó)正在開(kāi)展1GW聚變功率的聚變工程實(shí)驗(yàn)堆CFETR的集成工程設(shè)計(jì)，這種運(yùn)行模式的等離子體部分歸一化參數(shù)與CFETR的設(shè)計(jì)參數(shù)接近，為應(yīng)用于未來(lái)ITER和CFETR高性能穩(wěn)態(tài)運(yùn)行模式奠定了物理基礎(chǔ)。
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