我找到“人造太陽(yáng)”高性能穩態(tài)運行模式

科技日報合肥7月2日電（記者吳長(cháng)鋒）記者從中科院離子體物理研究所獲悉，該所EAST超導托卡馬克團隊在前期工作基礎上，發(fā)展出了一種高性能穩態(tài)等離子體運行模式，并系統驗證了其與未來(lái)聚變堆若干運行條件的兼容性。研究成果日前在線(xiàn)發(fā)表在國際物理期刊《物理評論快報》上。

在托卡馬克核聚變實(shí)驗裝置中，高約束等離子體的邊界區域會(huì )周期性地爆發(fā)出一種稱(chēng)為邊界局域模（ELM）的不穩定性。大幅度ELM類(lèi)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，噴射出強大的熱脈沖，侵蝕裝置的內壁，甚至導致材料的熔化，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(cháng)時(shí)間穩態(tài)運行。

在未來(lái)聚變堆上，需要將ELM帶來(lái)的瞬態(tài)熱負荷降低至少20倍，這是國際熱核聚變實(shí)驗堆ITER面臨的一個(gè)嚴峻挑戰，探索無(wú)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(gè)重大科學(xué)前沿問(wèn)題。

GrassyELM是一種特殊的自發(fā)高頻小幅度ELM，它帶來(lái)的瞬態(tài)熱負荷通常低于常規大幅度ELM的1/20，但其機理和獲得條件不清楚，國際一些主流托卡馬克上一直難以穩定地獲得這種運行模式。在未來(lái)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(wèn)題。

EAST團隊在與未來(lái)聚變堆類(lèi)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(shí)驗中首次揭示出GrassyELM形成的內在動(dòng)力學(xué)機制，并發(fā)現它對雜質(zhì)具有很強的排出能力，特別適合實(shí)現高性能等離子體的長(cháng)時(shí)間穩態(tài)運行。這一運行模式為解決聚變堆瞬態(tài)熱負荷瓶頸問(wèn)題，實(shí)現聚變堆的穩態(tài)運行提供了一種潛在的新方案。

據悉，我國正在開(kāi)展1GW聚變功率的聚變工程實(shí)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，為應用于未來(lái)ITER和CFETR高性能穩態(tài)運行模式奠定了物理基礎。