中美科学家在聚变研究上取得一项突破

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中美贸易战并没有影响中国和美国科学家在核聚变研究上的合作。两国物理学家在《Physical Review Letters》期刊上发表论文,报告解决了一个重大问题。中国超导托卡马克装置(EAST)团队报告称:在托卡马克核聚变实验装置中,高约束等离子体的边界区域会周期性地爆发出一种称为边界局域模(ELM)的不稳定性。

大幅度 ELM 类似太阳耀斑爆发,造成等离子体能量和粒子的瞬间释放,喷射出强大的热脉冲,侵蚀装置的内壁,甚至导致材料的熔化,并产生大量杂质粒子污染聚变堆芯部等离子体,使得聚变堆难以长时间稳态运行。

在未来聚变堆上,需要将 ELM 带来的瞬态热负荷降低至少 20 倍,这是国际磁约束聚变界,特别是国际热核聚变实验堆 ITER 面临的一个严峻挑战,探索无 ELM 或具有小幅度 ELM 的高约束运行模式及其物理机制是磁约束聚变研究的一个重大科学前沿问题。

他们发展出了一种高性能稳态等离子体运行模式,并系统验证了其与未来聚变堆若干运行条件的兼容性。研究负责人徐国盛表示,两国科学家多年来合作密切,甚至还一起踢足球。贸易战没有产生任何影响。                     

图1. EAST上伴随Grassy ELM的高性能稳态行模式的实验演示

   

图2. BOUT++程序非线性模拟对比研究了常规大幅度ELM与Grassy ELM的台基动力学特征,揭示出台基分布演化过程中剥离气球模不稳定性边界的移动是Grassy ELM形成的内在动力学机制。