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中國“人造太陽”團隊揭示一種高性能穩態等離子體運行模式形成機理(中新社,7月1日)
文章來源: 發布時間: 2019-07-02

  中新社合肥7月1日電 (記者 吳蘭)中國科學院合肥物質科學研究院1日消息,該院等離子體物理研究所EAST團隊,發現類似太陽耀斑爆發的物理機制,進而發現了一種高性能穩態等離子體運行模式并揭示其形成機理。 

  相關研究成果近日在線發表在國際權威物理期刊《Physical Review Letters》上。 

  俗稱“人造太陽”的全超導托卡馬克實驗裝置(即東方超環,EAST),是中國自主設計建造的世界上第一個非圓截面全超導托卡馬克核聚變實驗裝置。自2010年獲得高約束等離子體以來,不斷打破高約束等離子體運行時間的世界記錄,率先在國際上突破百秒量級高約束穩態運行。 

  在托卡馬克核聚變實驗裝置中,高約束等離子體的邊界區域會周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,噴射出強大的熱脈沖,侵蝕裝置的內壁,甚至導致材料的熔化,并產生大量雜質粒子污染聚變堆芯部等離子體,使得聚變堆難以長時間穩態運行。 

  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,這是國際磁約束聚變界特別是國際熱核聚變實驗堆ITER面臨的一個嚴峻挑戰。 

  EAST團隊在前期成功探索、實現了雜草型小幅度邊界局域模(Grassy ELM)運行的基礎上,揭示了其產生的物理機制,發展出了一種高性能穩態等離子體運行模式,并系統驗證了其與未來聚變堆若干運行條件的兼容性。 

  EAST團隊負責人萬寶年研究員、課題組長徐國盛研究員帶領科研人員,針對Grassy ELM運行模式這一前沿課題組織了攻關。 

  在實驗中首次揭示出臺基分布演化過程中剝離氣球模不穩定性邊界的移動是Grassy ELM形成的內在動力學機制,并通過實驗驗證了它與輻射偏濾器,高密度、高自舉電流份額,完全非感應驅動等未來穩態聚變堆特需條件的兼容性。 

  中國正在開展1GW聚變功率的中國聚變工程實驗堆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,可以應用于未來CFETR的穩態運行。 

  據透露,這一研究的突破為EAST實現更高功率更長時間尺度上的運行提供了有效的解決方案,進而為ITER和CFETR的穩態運行模式的發展奠定了物理基礎。(完) 

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