中国在“人造太阳”实验中取得了新的里程碑

核聚变反应堆示意图，位于合肥（照片：x @ChinaScience）

雅加达 - 中国在核聚变能源开发方面再次取得了重要进展。研究人员正在研究实验级先进超导托卡马克（EAST），通常被称为“人造太阳”。

中国成功地将反应堆运行到超过了数十年前限制全球聚变实验的等离子体密度极限。这一成就被认为可以提高未来聚变反应堆的效率。

EAST 是位于合肥的托卡马克反应堆，它使用超导磁体来保持非常高温等离子体。在聚变原理中，等离子体密度越高，发生聚变反应的机会就越大。

然而，在大多数托卡马克中，过度的密度增加反而会引发不稳定，导致等离子体坍塌并与反应堆壁接触。这个极限被广泛称为格林沃尔德极限。

EAST研究小组认为，问题不仅仅在于等离子体密度水平。中国科学院等离子体物理研究所的研究人员发现，密度极限与等离子体中杂质的进入密切相关，特别是从反应堆内壁分离出来的金属颗粒。钨是用于聚变装置的常用材料，被确定为主要污染物之一。

为了理解和控制这种现象，研究人员开发了一个名为边界等离子体-壁相互作用自组织（PWSO）的模型。该模型随后通过结合电子回旋共振加热和初始带电气体启动方法直接在EAST上进行了测试。这种方法被证明能够减少等离子体边缘的钨影响。

随着污染程度的控制，等离子体在研究人员称之为“密度自由区”的稳定条件下运行。在这种情况下，反应堆能够在不引发干扰或不稳定性的情况下超越传统密度极限。实验结果还表明，与PWSO模型的预测非常吻合。

这一发现发表在《科学进展》杂志上，被认为为未来高密度聚变反应堆的设计提供了新的指导。尽管商业聚变发电厂仍然是一个长期目标，但这一成就被认为可以解决阻碍磁约束聚变技术发展的关键实际挑战之一。