據(jù)中科院離子體物理研究所網(wǎng)站7月1日消息，在托卡馬克核聚變實驗裝置中，高約束等離子體的邊界區(qū)域會周期性地爆發(fā)出一種稱為邊界局域模（ELM）的不穩(wěn)定性。大幅度ELM類似太陽耀斑爆發(fā)，造成等離子體能量和粒子的瞬間釋放，噴射出強(qiáng)大的熱脈沖，侵蝕裝置的內(nèi)壁，甚至導(dǎo)致材料的熔化，并產(chǎn)生大量雜質(zhì)粒子污染聚變堆芯部等離子體，使得聚變堆難以長時間穩(wěn)態(tài)運行。在未來聚變堆上，需要將ELM帶來的瞬態(tài)熱負(fù)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(yán)峻挑戰(zhàn)，探索無ELM或具有小幅度ELM的高約束運行模式及其物理機(jī)制是磁約束聚變研究的一個重大科學(xué)前沿問題。 R@$+t:}  
?Cc :)  
近日，EAST超導(dǎo)托卡馬克團(tuán)隊在前期成功探索、實現(xiàn)了雜草型小幅度邊界局域模（Grassy ELM）運行的基礎(chǔ)上，揭示了Grassy ELM產(chǎn)生的物理機(jī)制，進(jìn)而利用這種自發(fā)的高頻小幅度Grassy ELM，發(fā)展出了一種高性能穩(wěn)態(tài)等離子體運行模式，并系統(tǒng)驗證了其與未來聚變堆若干運行條件的兼容性。相關(guān)研究成果于6月26日在線發(fā)表在國際權(quán)威物理期刊Physical Review Letters上。 JMePI%#8  
:D4];d>1  
uMpl#N p  
Grassy ELM是一種特殊的自發(fā)高頻小幅度ELM，它帶來的瞬態(tài)熱負(fù)荷通常低于常規(guī)大幅度ELM的1/20。具有Grassy ELM的高約束運行模式適用于聚變堆臺基低碰撞率條件，并且其較高的邊界安全因子降低了等離子體發(fā)生大破裂的風(fēng)險，因此這種運行模式被國際聚變界認(rèn)為在未來強(qiáng)磁場穩(wěn)態(tài)聚變堆上具有很好的應(yīng)用前景。類似Grassy ELM的運行模式在國際其它托卡馬克上也曾被觀察到過，但其機(jī)理和獲得條件不清楚，在國際一些主流托卡馬克上一直難以穩(wěn)定地獲得這種運行模式。在未來聚變堆上，能否穩(wěn)定可靠地獲得這種運行模式，是國際聚變界亟待回答的問題。 UM\}aq=,  
hgwn> p:S#  
EAST團(tuán)隊負(fù)責(zé)人萬寶年研究員、課題組長徐國盛研究員帶領(lǐng)科研人員針對Grassy ELM運行模式這一前沿課題組織了攻關(guān)，在與未來聚變堆類似的金屬壁、低旋轉(zhuǎn)、電子主導(dǎo)加熱等物理條件下，穩(wěn)定重復(fù)地實現(xiàn)了Grassy ELM高性能穩(wěn)態(tài)運行[B. N. Wan et al., Nuclear Fusion 59, 112003 (2019)； G. S. Xu et al., 27th IAEA-FEC, 2018 India, EX/P2-4]，確認(rèn)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(shù)擴(kuò)展到了未來聚變堆的區(qū)間。在實驗中發(fā)現(xiàn)較高的刮削層密度和較寬的邊界臺基是Grassy ELM運行模式形成的關(guān)鍵因素，首次揭示出臺基分布演化過程中剝離氣球模不穩(wěn)定性邊界的移動是Grassy ELM形成的內(nèi)在動力學(xué)機(jī)制。并通過實驗驗證了它與輻射偏濾器、高密度、高自舉電流份額、完全非感應(yīng)驅(qū)動等未來穩(wěn)態(tài)聚變堆特需條件的兼容性。此外，實驗發(fā)現(xiàn)它對雜質(zhì)具有很強(qiáng)的排出能力，特別適合實現(xiàn)高性能等離子體的長時間穩(wěn)態(tài)運行。這一運行模式為解決聚變堆瞬態(tài)熱負(fù)荷瓶頸問題，實現(xiàn)聚變堆的穩(wěn)態(tài)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CFETR的集成工程設(shè)計，這種運行模式的等離子體部分歸一化參數(shù)與CFETR的設(shè)計參數(shù)接近，可以應(yīng)用于未來CFETR的穩(wěn)態(tài)運行。 vv* |F  
rkIMM,   
2Pz