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我找到“人造太陽”高性能穩態運行模式
2019/7/4 6:49:23    新闻来源:科技日报

  科技日报合肥7月2日电 (记者吴长锋)记者从中科院离子体物理研究所获悉,该所EAST超导托卡马克团队在前期工作基础上,发展出了一种高性能稳态等离子体运行模式,并系统验证了其与未来聚变堆若干运行条件的兼容性。研究成果日前在线发表在国际物理期刊《物理评论快报》上。

  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爲邊界局域模(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,並産生大量雜質粒子汙染聚變堆芯部等離子體,制約聚變堆長時間穩態運行。

  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,這是國際熱核聚變實驗堆ITER面臨的一個嚴峻挑戰,探索無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重大科學前沿問題。

  Grassy ELM是一种特殊的自发高频小幅度ELM,它带来的瞬态热负荷通常低于常规大幅度ELM的1/20,但其机理和获得条件不清楚,国际一些主流托卡马克上一直难以稳定地获得这种运行模式。在未来聚变堆上,能否稳定可靠地获得这种运行模式,是国际聚变界亟待回答的问题。

  EAST团队在与未来聚变堆类似的金属壁、低旋转、电子主导加热等物理条件下,确认了获得这一模式的物理条件。他们在实验中首次揭示出Grassy ELM形成的内在动力学机制,并发现它对杂质具有很强的排出能力,特别适合实现高性能等离子体的长时间稳态运行。这一运行模式为解决聚变堆瞬态热负荷瓶颈问题,实现聚变堆的稳态运行提供了一种潜在的新方案。

  據悉,我國正在開展1GW聚變功率的聚變工程實驗堆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,爲應用于未來ITER和CFETR高性能穩態運行模式奠定了物理基礎。

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