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2017-12-19
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合肥物质科学研究院 中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所吴振伟课题组在EAST托卡马克装置上，利用自发的瞬态杂质爆发事件重点研究了4.6GHz低杂波对高Z金属杂质聚芯抑制作用，并取得重要进展。 托卡马克芯部的高Z金属杂质输运是核聚变研究的重要问题。高Z杂质在等离子体芯部聚集会严重影响等离子体的约束性能，因为等离子中存在的杂质不仅会稀释主等离子体浓度，还会带来严重的辐射功率损失。而高Z金属杂质聚芯则会带来更为严重的问题：由于H模放电过程中的约束改善，杂质很容易聚芯，并由此会导致H模难以长时间地稳态维持下去；高Z杂质聚芯还有可能激发出芯部MHD不稳定性，甚至导致等离子体的破裂。主动实现抑制高Z的杂质聚芯是实现高性能、稳态和长脉冲等离子体放电的重要课题。 课题组利用EAST上自发的瞬态杂质爆发事件，研究了铁和铜在低杂波（LHW）加热条件下、无锯齿等离子体中的杂质约束特性。通过对欧姆和LHW加热低约束模（L模）的杂质约束时间对等离子体参数的依赖关系的研究，发现LHW可以有效地降低杂质约束时间，并由此给出了符合EAST的杂质约束时间定标（该定标关系和法国Tore Supra装置、欧洲联合环JET装置定标律一致）。对LHW加热的H模下的杂质约束时间分析表明，在高再循环（HER）H模放电中，边界存在~25 kHz的边界准相干模（ECM）。由于这种放电条件下的杂质约束时间较低，并伴随着较高的能量约束时间，这将是等离子体高参数、稳态和长脉冲运行的一种理想模式。 相关研究成果以Investigation of impurity confinement in lower hybrid wave heated plasma on EAST tokamak为题发表在核聚变领域期刊Nuclear Fusion上。 论文链接 EAST杂质约束时间定标关系 L/H模：能量约束时间、杂质约束时间以及他们的比值与低杂波功率的关系 LHW加热条件下观测到的边界准相干模（ECM） HL-2M托卡马克，是国家实验高级超导托卡马克项目的一部分，该项目自2006年开始运行。国家通讯社说，西南物理研究所一位官员宣布该设备将在2020年中国聚变能源大会上宣布投入使用。他告诉与会者，新设备将可以产生超过2亿摄氏度的温度，大约是太阳中心温度的13倍。之前为人工太阳实验开发的设备达到了1亿摄氏度，这是去年11月宣布的一项突破。 核聚变赋予了太阳能量的反应。它涉及融合两个较轻的原子核以形成较重的核，这种反应会释放出大量能量。在核心温度达到约1500万摄氏度的太阳上，氢核结合会形成氦。 为了在地球上重现这一点，科学家必须将燃料（氢的类型）加热到超过1亿摄氏度的温度。此时，燃料变成等离子体。必须限制这种极热的等离子体，科学家正在开发的一种方法是一种称为托卡马克的圈形装置。这可以使用磁场来稳定等离子体，因此可以发生反应并释放能量。然而，等离子体易于产生爆炸。如果它们接触反应堆壁，也可能会损坏设备。虽然现在已经实现了稳定的核聚变，但实验反应的能量却超过了产生的能量。 英国原子能管理局的高级聚变物理学家James Harrison告诉某媒体：“以前的托卡马克通常将来自聚变产生核的颗粒沉积在非常窄的层（厘米至毫米宽）结构中，这会导致非常高的热量和颗粒负载，从而可能会损坏反应堆中的设备。之后中国的HL-2M具有的灵活性将使研究人员能够探索解决该问题的新方法。” 2022年1月13日消息， 俄罗斯物理数学科学博士帕维尔·索罗金对俄媒表示，中国合肥EAST聚变反应堆实验成为2021年世界科学最显著成就之一。有“人造太阳”之称的EAST全超导托卡马克装置（东方超环）位于安徽合肥市，是中国正在运行的三大聚变反应堆之一。 EAST装置保持着长时间高温等离子体运行的纪录。2021年上半年，它将电子温度1.2亿摄氏度等离子体维持了101秒。EAST装置还实现了1.6亿摄氏度20秒等离子体运行。 |
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