低碳生活新篇章我发现的高效稳定人造太阳运行法则

科研动态:中科院离子体物理研究所的EAST超导托卡马克团队在不断探索高效稳定的等离子体运行模式,最新研究成果显示,他们已成功开发了一种高性能稳态等离子体运行模式,并对其与未来聚变堆的兼容性进行了系统验证。该研究成果已在国际著名期刊《物理评论快报》上发表。

在托卡马克核聚变实验装置中,高约束等离子体边界区域会周期性爆发出一种称为边界局域模(ELM)的不稳定性,这种现象类似太阳耀斑爆发,不仅造成能量和粒子的瞬间释放,还可能导致材料熔化、产生大量杂质污染,严重限制了聚变堆长时间稳态运行的可能性。未来聚变堆需要将ELM带来的热负荷降低至少20倍,这是国际ITER项目面临的一个巨大挑战,而探索无ELM或小幅度ELM、高约束运行模式及其机制,是磁约束聚变领域的一项重大科学前沿任务。

GrassyELM是一种特殊的小幅度ELM,它带来的热负荷通常远低于常规大幅度ELM,但其形成机理和条件至今未明。国际上许多主流托卡马克设备一直难以实现这种高效稳定的运行。在金属壁、低旋转加热电子主导等特定条件下,EAST团队首次揭示了GrassyELMs形成内在动力学机制,并发现它具有很强的排除杂质能力,对于实现长时间、高性能等离子体稳态运行尤为有利。这一新型运行模式为解决聚变堆瞬时热负荷问题提供了一条新的途径,为实现更接近商业化应用水平的聚合器设计奠定了坚实基础。

值得注意的是,我国正在积极推进1GW级别的CFETR实验堆工程,该装置设计参数与此新型高性能稳态等离子体部分归一化参数相近,为将来ITER和CFETR项目提供了宝贵的物理依据。

标签: