中国创造核聚变新纪录:首获百秒量级稳态高约束模等离子体

中国科学院等离子体物理研究所官网

2017-07-04 19:37

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2017年7月3日夜晚,国家大科学装置——世界上第一个全超导托卡马克(EAST)东方超环再传捷报:实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行,创造了新的世界纪录。这标志着EAST成为了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。这一里程碑性的重要突破,表明我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。
ITER计划是当前世界上规模最大的国际科技合作项目,是人类探寻未来高效清洁能源的重要途径。实现稳态长脉冲高约束等离子体运行是未来聚变堆亟待解决的关键科学问题。EAST具有ITER类似的先进技术,未来五年内将是国际上唯一有能力开展超过百秒时间尺度的长脉冲高约束聚变等离子体物理和工程技术研究的实验平台,为ITER预演稳态运行是EAST的重要使命。基于过去十多年的研究积累,EAST团队通力合作集体攻关,集中解决长时间尺度下的等离子体位形精确控制、高功率射频波加热与电流驱动、高约束性能等离子体稳定性、等离子体与壁相互作用、粒子与热排出、关键分布参数的实时诊断等一系列与稳态运行密切相关的关键技术和物理问题,同时对多尺度物理过程的集成和芯部约束与边界、偏滤器的有效兼容等前沿问题开展了深入的科学研究。EAST在以低动量注入纯射频波加热、钨偏滤器等类似ITER未来运行条件下,成功实现了全程扰动幅度较小的边缘局域模(ELMs)的高约束模式,有效控制了偏滤器靶板热负荷和钨杂质返流,获得了约束改善因子H98y2大于1.1的完全非感应电流稳态高性能等离子体,并通过先进磁位形的精确控制实现了等离子体运行的软着陆,验证了超高真空、低温、大功率电源、超导磁体、射频波和中性束加热、计算机控制和数据采集等系统稳态运行的能力。这次实验的突破进一步提升了EAST在国际磁约束聚变实验研究中的重要地位,其科学研究成果将为未来ITER长脉冲高约束运行提供重要的科学和实验支持,更为我国下一代聚变装置——中国聚变工程实验堆(CFETR)的预研、建设、运行和人才培养奠定了基础。
EAST的研究长期得到国家发改委、科技部、中国科学院、国家自然科学基金委等项目的资助,以及安徽省、合肥市等相关部门的大力支持。一直以来,EAST团队秉承“甘于奉献,团结协作,锐意进取,争创一流”的等离子体所大科学文化精神,以广迎四海的开放心态,通过广泛而深入的国内外合作,已将EAST打造成国际上最重要的磁约束核聚变实验平台。
东方超环实现的世界最长101.2秒高约束放电等离子体的基本参数(Ip=0.4MA, Bt=2.5T, PRF=3.0MW, ne=3.0x1019/m3, Te=4.0KeV, H98y2=1.1, USN)        本文图均为 中国科学院等离子体物理研究所官网 图
新闻背景
EAST装置是中国自行设计研制的国际首个全超导托卡马克装置。为了在近堆芯的高参数条件下研究等离子体的稳态和先进运行,深入 探索实现聚变能源的工程、物理问题,中科院等离子体所在成功建设中国第一个超导托卡马克HT-7的基础上,提出了“HT-7U全超导非圆截面托卡马克装置 建设”计划,项目名称在2003年10月正式由HT-7U改为EAST。EAST由实验“Experimental”、先进“Advanced”、超导 “Superconducting”、托卡马克“Tokamak”四个单词首字母拼写而成,中文意思是“先进实验超导托卡马克”,同时具有“东方”的含意。
EAST装置的主机部分高11米,直径8米,重400吨,由超高真空室、纵场线圈、极向场线圈、内外冷屏、外真空杜瓦、支撑系统等六大部件组成。其实验运行需要有大规模低温氦制冷、大型高功率脉冲电源及其回路、大型超导体测试、大型计算机控制和数据采集处理、兆瓦级低杂波电流驱动和射 频波加热、大型超高真空、以及多种先进诊断测量等系统支撑。学科涉及面广,技术难度大,许多关键技术目前在国际上尚无经验借鉴。特别是EAST运行需要超大电流、超强磁场、超高温、超低温、超高真空等极限环境,从芯部上亿度高温到线圈中零下269度低温,给装置的设计、制造工艺和材料方面提出了超乎寻常的要求。
EAST的建造具有十分重大的科学意义,它不仅是一个全超导托卡马克,而且具有会改善等离子体约束状况的大拉长非圆截面的等离子体位形,它的建成使我国成为世界上 少数几个拥有这种类型超导托卡马克装置的国家,使我国磁约束核聚变研究进入世界前沿。在装置建成后的10-15年期间,能在装置上对建造稳态先进的托卡马 克核聚变堆的前沿性物理问题开展探索性的实验研究,并使中国在人类开发清洁而又无限的核聚变能的领域内做出自己应有的重大贡献。
责任编辑:杨漾澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 核聚变,EAST,等离子体,托卡马克,澎湃

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