中國“人造太陽”剛剛突破科學家認為牢不可破的聚變極限

該研究由華中科技大學周平教授和中國科學院合肥物質科學研究院顏寧副研究員共同領導。通過為 EAST 開發一種新的高密度操作方法，該團隊證明等離子體密度可以超出長期實驗極限，而不會引發通常會導致實驗結束的破壞性不穩定性。這一發現挑戰了數十年來關於託卡馬克等離子體在高密度下如何表現的假設。

為什麼密度限制會阻礙核聚變？

核聚變被廣泛視為清潔和可持續能源的潛在來源。在氘-氚聚變中，燃料必須加熱到約 13 keV（1.5 億開爾文）才能達到理想條件。在這些溫度下，產生的聚變能量隨著等離子體密度的平方而增加。儘管有這樣的優勢，託卡馬克實驗長期以來一直受到密度上限的限制。當超過這個限制時，等離子體通常會變得不穩定，破壞限制並威脅設備運行。這些不穩定性是提高集成性能的主要障礙。

一種稱為等離子體壁自組織（PWSO）的新理論框架為密度限制出現的原因提供了不同的解釋。這一概念最早由 D. F. Escande 等人提出。來自法國國家科學研究中心和艾克斯-馬賽大學。根據 PWSO 理論，當等離子體和反應器金屬壁之間的相互作用達到仔細平衡的狀態時，就會出現無密度系統。在這種情況下，物理噴塗在塑造等離子體的行為方面起著主導作用。

EAST實驗首次通過實驗證實了這一理論想法。研究人員仔細控制了初始燃氣壓力，並在每次放電的啟動階段使用電子迴旋共振加熱。該策略從一開始就可以優化等離子體-壁相互作用。因此，雜質堆積和能量損失大大減少，使等離子體密度在啟動結束時穩定增加。在這些條件下，EAST成功進入了PWSO預測的無密度狀態，即使在密度遠遠超出實驗極限的情況下也能保持穩定運行。

聚變點火的影響

這些實驗結果為如何打破託卡馬克過程中的長期密度障礙以追求聚變點火提供了新的物理見解。

週教授說：“研究結果指出了一條實用且可擴展的途徑，以擴大託卡馬克和下一代燃燒等離子體聚變裝置的密度限制。”

參與者臨。 Yan補充說，該團隊計劃在不久的將來在EAST的高約束過程中應用相同的方法，目標是在高性能等離子體條件下實現無密度狀態。