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[太阳]托卡马克密度自由区是中国“人造太阳”EAST装置近期实现的关键核心突破,也是长期困扰全球核聚变研究的核心难题的重要突破。
[太阳]此前托卡马克装置运行一直受限于格林沃尔德密度极限,这是学界长期总结出的经验阈值,一旦等离子体密度超出该极限,就极易引发等离子体破裂,不仅会中断聚变反应,还可能损坏装置内部构件,这也直接限制了聚变反应的能量产出——因为聚变反应的功率与等离子体密度的平方成正比,密度无法提升,能量产出就有了天花板。
[太阳]而托卡马克密度自由区,就是指突破格林沃尔德密度极限后,等离子体依旧能保持稳态约束、无破裂风险的稳定运行区间。此次EAST实现的突破,实测线平均电子密度可达1.3至1.65倍格林沃尔德极限,且能稳定维持运行,真正解锁了高密度稳态运行的全新可能。
[太阳]中国科研团队能实现这一突破,核心在于原创了PWSO理论,精准找到了密度超限后等离子体破裂的核心诱因,即壁面钨杂质混入等离子体边界引发辐射冷却,进而撕裂等离子体。基于这一核心机理,团队通过电子回旋加热、预充气稀释、靶板温度精细调控等一系列针对性手段,有效控制了杂质干扰,成功解锁了这一关键运行区。
[太阳]这一突破的意义十分重大,一方面直接让核聚变反应的发电效率与经济性实现量级提升,另一方面也为后续聚变工程实验堆、商用堆的建设提供了核心技术支撑,同时也为国际热核聚变实验堆ITER提供了极具价值的中国方案,推动全球核聚变研究从经验探索向机理可控跨越。
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发布于 上海
