中国科学院等离子体物理研究所4日宣布,我国的超导托卡马克实验装置东方超环(EAST)在全球首次实现了上百秒的稳态高约束运行模式,为人类开发利用核聚变清洁能源奠定了重要的技术基础。

从60秒到百秒量级

之所以被称为“人造太阳”,是因为这个大科学装置高11米、直径8米、重达400吨,是我国第四代核聚变实验装置东方超环(EAST),它的科学目标是让海水中大量存在的氘和氚在高温条件下,像太阳一样发生核聚变,为人类提供源源不断的清洁能源。

“人造太阳”装置实现稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行,这创造了新的世界纪录。标志着,EAST成为世界上第一个实现稳态高约束模式运行持续时间达到百秒量级的托卡马克核聚变实验装置。

据介绍,这一里程碑性的重要突破,表明中国磁约束聚变研究在稳态运行的物理和工程方面,将继续引领国际前沿,对国际热核聚变实验堆(ITER)和未来中国聚变工程实验堆(CFETR)建设和运行具有重大的科学意义。

“国际热核聚变实验堆(ITER)计划”是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一,建造约需10年,耗资50亿美元(1998年值)。ITER计划由美、法等国在20世纪80年代中期发起,旨在建立世界上第一个受控热核聚变实验反应堆,为人类输送巨大的清洁能量。这一过程与太阳产生能量的过程类似,因此受控热核聚变实验装置也被俗称为“人造太阳”。中国是这一计划的参与国之一。

EAST是由中国科学家独立设计建造的世界首个全超导核聚变实验装置,于2007年通过国家验收。它在近年来取得了一系列处于国际领先地位的实验成果,比如在去年11月,EAST就成为了世界首个实现稳态高约束模运行持续时间达到分钟量级的托卡马克核聚变实验装置。

近年来,EAST相继完成了辅助加热、钨偏滤器、等离子体物理诊断等系统的升级改造,克服了加热与电流驱动、分布参数测量等关键技术难题,深入研究和基本解决了射频波耦合、高约束等离子体稳定性控制、等离子体与壁相互作用物理、低动量条件下加热和电流驱动下输运、杂质输运和控制等一系列稳态运行密切相关的物理问题,为实现长脉冲稳态高约束模等离子体奠定了坚实的基础。

据了解,ITER将采用射频波主导的低动量注入运行模式以及主动水冷的钨偏滤器结构。EAST是目前世界上唯一具备这两大特色的且具有长脉冲运行能力的全超导托卡马克,其稳态运行模式将为ITER和未来核聚变反应堆提供重要参考。

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