我國大科學(xué)裝置“人造太陽”取得重大突破

中科院等離子體所今天發(fā)布消息，我國大科學(xué)裝置“人造太陽”日前取得重大突破，實(shí)現(xiàn)加熱功率超過10兆瓦，等離子體儲(chǔ)能增加到300千焦，等離子體中心電子溫度首次達(dá)到1億度，獲得的多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)參數(shù)接近未來聚變堆穩(wěn)態(tài)運(yùn)行模式所需要的物理?xiàng)l件，朝著未來聚變堆實(shí)驗(yàn)運(yùn)行邁出了關(guān)鍵一步，也為人類開發(fā)利用核聚變清潔能源奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

△圖/“人造太陽”大科學(xué)裝置

東方超環(huán)（EAST）是等離子體所自主設(shè)計(jì)、研制并擁有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的磁約束核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，是世界上第一個(gè)非圓截面全超導(dǎo)托卡馬克，也是我國第四代核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，它的科學(xué)目標(biāo)是讓海水中大量存在的氘和氚在高溫條件下，像太陽一樣發(fā)生核聚變，為人類提供源源不斷的清潔能源，所以也被稱為“人造太陽”。該大科學(xué)裝置瞄準(zhǔn)未來聚變能商用目標(biāo)的關(guān)鍵科學(xué)問題，近年來在高性能、穩(wěn)態(tài)、長脈沖等離子體研究方面取得了多項(xiàng)原創(chuàng)性成果。

△圖/“人造太陽”大科學(xué)裝置內(nèi)部圖

△圖/2018年度EAST實(shí)現(xiàn)的1億度等離子體放電

2018年度EAST物理實(shí)驗(yàn)持續(xù)經(jīng)歷4個(gè)多月，物理實(shí)驗(yàn)面向未來聚變堆先進(jìn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行模式的發(fā)展和長脈沖運(yùn)行下的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題，重點(diǎn)開展了高功率加熱下堆芯物理機(jī)制研究的系列實(shí)驗(yàn)。

通過優(yōu)化穩(wěn)態(tài)射頻波等多種加熱技術(shù)在高參數(shù)條件下的耦合與電流驅(qū)動(dòng)、等離子體先進(jìn)控制等，結(jié)合理論與數(shù)值模擬，實(shí)現(xiàn)加熱功率超過10兆瓦，等離子體儲(chǔ)能增加到300千焦；在電子回旋與低雜波協(xié)同加熱下，等離子體中心電子溫度達(dá)到1億度，并有效拓展了適應(yīng)于聚變堆高性能等離子體穩(wěn)態(tài)高約束模式的運(yùn)行區(qū)間，實(shí)現(xiàn)了高約束、高密度、高比壓的完全非感應(yīng)先進(jìn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行模式，獲得的歸一化參數(shù)接近未來聚變堆穩(wěn)態(tài)運(yùn)行模式所需要的物理?xiàng)l件。

EAST取得的這些實(shí)驗(yàn)成果為未來國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆運(yùn)行和正在進(jìn)行的中國聚變工程實(shí)驗(yàn)堆CFETR工程和物理設(shè)計(jì)提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)與科學(xué)支持。