“太阳耀斑”伤不起？办它

在有着“人造太阳”之称的托卡马克核聚变实验装置（EAST）中，高约束等离子体的边界区域会周期性地表现出一种不稳定性，叫做边界局域模（ELM）。
大幅度的ELM类似于太阳耀斑，它的爆发会造成等离子体能量和粒子的瞬间开释，喷射出强大的热脉冲，侵蚀装置的内壁，乃至导致材料的熔化，并产生大量杂质粒子污染聚变堆芯部等离子体，使得聚变堆难以永劫光稳态运行。

“未来，聚变堆想要稳定运行，就须要将ELM带来的瞬态热负荷降落至少20倍。
”EAST团队卖力人、中国科学院合肥物质科学研究院研究员万宝年说，“因此，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，不但是一个重大科学前沿问题，也是我们面临的一个严厉寻衅。
”

近日，中科院合肥物质院等离子体物理研究所EAST团队在前期研究的根本上，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多少运行条件的兼容性。
干系成果日前在线揭橥于《物理评论快报》。

这种模式叫做杂草型小幅度边界局域模，它带来的瞬态热负荷常日低于常规大幅度ELM的1/20，被国际聚变界认为是未来强磁场稳态聚变堆的“嫡之星”。

然而，虽然这种“杂草”模式在国际其他托卡马克上也曾被不雅观察到过，但其机理和得到条件一贯没有搞清楚，科学家难以稳定地得到这种运行模式。

针对这一难题，万宝年、等离子体所研究员徐国盛等人带领科研职员进行了攻关，在与未来聚变堆类似的金属壁、低旋转、电子主导加热等物理条件下，稳定地重复实现了这种“杂草”模式的高性能稳态运行，从而确认了得到这一模式的物理条件。

2018年度EAST实现1亿度等离子体放电。
中科院合肥研究院供图

“我们创造，较高的刮削层密度和较宽的边界台基是这一运动模式形成的关键成分。
”徐国盛说。
他们还通过实验验证了它与诸多未来稳态聚变堆特需条件的兼容性。

值得一提的是，该实验还创造这种模式对杂质具有很强的排出能力，特殊适宜实现高性能等离子体的永劫光稳态运行。
因此，这一运行模式为办理聚变堆瞬态热负荷瓶颈问题、实现聚变堆的稳态运行供应了一种潜在的新方案。

EAST是我国自主设计建造的、天下上第一个非圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置。
自2010年得到高约束等离子体以来，该团队一贯致力于为聚变堆的高约束稳态运行供应办理方案，在过去的9年韶光里，该装置不断冲破高约束等离子体运行韶光的天下记录，率先在国际上实现打破百秒量级的高约束稳态运行。