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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: 发布时间: 2019-07-02

  中新社合肥7月1日电 (记者 吴兰)3d之家1日消息,该院等离子体物理研究所EAST团队,发现类似太阳耀斑爆发的物理机制,进而发现了一种高性能稳态等离子体运行模式并揭示其形成机理。 

  相关研究成果近日在线发表在国际权威物理期刊《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,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团队在前期成功探索、实现了杂草型小幅度边界局域模(Grassy ELM)运行的基础上,揭示了其产生的物理机制,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。 

  EAST团队负责人万宝年研究员、课题组长徐国盛研究员带领科研人员,针对Grassy ELM运行模式这一前沿课题组织了攻关。 

  在实验中首次揭示出台基分布演化过程中剥离气球模不稳定性边界的移动是Grassy ELM形成的内在动力学机制,并通过实验验证了它与辐射偏滤器,高密度、高自举电流份额,完全非感应驱动等未来稳态聚变堆特需条件的兼容性。 

  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,這一研究的突破爲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,進而爲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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