日前，位于安徽合肥科學島的中國“人造太陽”全超導托卡馬克核聚變實驗裝置EAST物理實驗，基于邊界等離子體與壁相互作用自組織理論，證實了托卡馬克密度自由區的存在。相關成果2026年1月1日在國際學術期刊《科學進展》發表。
對于未來聚變堆，聚變功率正比于燃料密度的平方，因此高密度運行是提高聚變能經濟性的必然選擇。“密度極限”是上世紀末發現的純經驗定標，接近密度極限的托卡馬克運行將引發等離子體破裂，巨大的能量會瞬間釋放到裝置內壁，影響裝置的安全運行。國際聚變界完善了跨裝置的經驗定標，并在芯部彈丸注入等特定條件下獲得了超密度極限運行，逐步明確觸發密度極限的物理過程發生于邊界區域，但對其中的物理機制并不十分清楚。
在本項工作中，研究團隊發展了邊界等離子體與壁相互作用自組織（PWSO）理論模型，指出了邊界輻射在密度極限觸發中的關鍵作用，解析出了輻射不穩定性邊界；揭示了密度極限的觸發機理，預測了密度極限之外的密度自由區。實驗上依托EAST全金屬壁運行環境，利用電子回旋共振加熱和預充氣協同啟動等方法降低邊界雜質濺射，主動延遲了密度極限和等離子體破裂的發生。實驗上通過控制靶板的物理條件，降低了靶板鎢雜質主導的物理濺射，控制等離子體突破了密度極限，引導等離子體進入新的密度自由區；實驗結果與PWSO理論預測高度吻合，首次證實了托卡馬克密度自由區的存在。這一創新性工作為密度極限的理解提供了重要線索，并為托卡馬克高密度運行提供了重要的物理依據。
來源?| 央視新聞編發 | 全媒體編輯 董媛康
一審 |董媛康；二審 | 束芳；三審?| 周軍
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