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中科院合肥研究院等離子體所EAST團隊又有新突破

2019-07-03 12:01:33 來源:中安在線 2

7月1日,中科院合肥研究院等離子體所EAST超導托卡馬克團隊傳出好消息:該團隊在前期成功探索、實現了雜草型小幅度邊界局域模運行的基礎上,揭示了其產生的物理機制,進而利用這種自發的高頻雜草型小幅度邊界局域模,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。相關研究成果于6月26日在線發表在國際權威物理期刊《物理評論快報》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為邊界局域模的不穩定性。大幅度邊界局域模類似太陽耀斑爆發,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,需要將邊界局域模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,探索無邊界局域模或具有小幅度邊界局域模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。

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雜草型小幅度邊界局域模運行模式這一前沿課題組織了攻關,在與未來聚變堆類似的金屬壁、低旋轉、電子主導加熱等物理條件下,穩定重復地實現了雜草型小幅度邊界局域模高性能穩態運行,確認了獲得這一模式的物理條件,并將這一模式的部分歸一化參數擴展到了未來聚變堆的區間。此外,實驗發現雜草型小幅度邊界局域模對雜質具有很強的排出能力,特別適合實現高性能等離子體的長時間穩態運行。這一運行模式為解決聚變堆瞬態熱負荷瓶頸問題,實現聚變堆的穩態運行提供了一種潛在的新方案。中國正在開展1GW聚變功率的中國聚變工程實驗堆(簡稱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。

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