科學家與託卡馬克（EAST）合作，我國實驗性全超導先進超導體長理論等離子體聚變實驗已順利完成。在這種狀態下，即使等離子體的密度增加超過傳統極限，等離子體也保持穩定。結果發表於 科學進步 1 月 1 日，為如何最終克服聚變能點火之路上最頑固的物理障礙之一提供了新的線索。
該研究由華中科技大學朱平教授和中科院合肥物質科學研究院顏寧副研究員領導。通過為 EAST 開發一種新的高密度操作策略，該團隊證明等離子體密度可以突破長期存在的經驗極限，而不會導致通常會導致實驗中斷的破壞性不穩定。這一發現挑戰了數十年來關於託卡馬克等離子體如何在高密度下表現的假設。
為什麼密度限制會阻礙聚變？
核聚變被視為清潔和可持續能源的潛在來源。在氘-氚聚變中，燃料必須加熱到約 13 keV（1.5 億開爾文）才能達到最佳條件。在這樣的溫度下產生的聚變能的量隨著等離子體密度的平方而增加。儘管有這一優勢，託卡馬克實驗長期以來一直受到最大密度限制。當超過該限制時，等離子體通常不穩定。干擾限制並威脅設備的運行。這些不穩定性是提高聚變效率的主要障礙。
一種稱為等離子體壁自組織（PWSO）的新理論框架為密度極限出現的原因提供了不同的解釋。這個想法首先由法國國家科學研究中心的 DF Escande 和同事提出。根據 PWSO 理論，當等離子體和反應器金屬壁之間的相互作用達到仔細平衡的狀態時，就會出現無密度狀態。在這個政府系統中，物理濺射在確定等離子體行為方面發揮著重要作用。
EAST實驗是這一理論想法的首次實驗證實。研究人員仔細控制了初始燃氣壓力。並在每次發射的初始階段使用電子迴旋共振加熱。這種策略使得等離子體和壁之間的相互作用從一開始就得到優化。因此，雜質堆積和能量損失大大減少。這導致等離子體密度在系統啟動結束時繼續增加。在這些條件下，EAST 成功地達到了 PWSO 預測的無密度狀態，即使在密度超出經驗極限的情況下也具有穩定的性能。
聚變點火的影響
這些實驗結果為如何在追求聚變點火的過程中打破託卡馬克運行中長期存在的密度障礙提供了新的物理見解。
朱教授說：“這些發現為擴大託卡馬克和下一代燃燒等離子體聚變裝置的密度極限提供了一種實用且可擴展的解決方案。”
副教授Yan 補充說，該團隊計劃在不久的將來在 EAST 高度受限的空間操作中使用相同的方法。其目標是在高效等離子體條件下實現無密度狀態。
