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“東方超環(huán)”實(shí)驗(yàn)核聚變裝置創(chuàng)造兩項(xiàng)世界紀(jì)錄
2012-07-13
標(biāo)志我國(guó)在穩(wěn)態(tài)高約束等離子體研究方面走在國(guó)際前列
中科院等離子體所的東方超環(huán)（EAST）超導(dǎo)托卡馬克2012年物理實(shí)驗(yàn)7月10日順利結(jié)束。在四個(gè)多月的實(shí)驗(yàn)期間，科學(xué)家們創(chuàng)造了兩項(xiàng)托卡馬克運(yùn)行的世界紀(jì)錄：獲得超過(guò)400秒的兩千萬(wàn)度高參數(shù)偏濾器等離子體；獲得穩(wěn)定重復(fù)超過(guò)30秒的高約束等離子體放電。這分別是國(guó)際上最長(zhǎng)時(shí)間的高溫偏濾器等離子體放電、最長(zhǎng)時(shí)間的高約束等離子體放電，標(biāo)志著我國(guó)在穩(wěn)態(tài)高約束等離子體研究方面走在國(guó)際前列。
托卡馬克是一種利用磁約束來(lái)實(shí)現(xiàn)受控核聚變的環(huán)性容器，最初是由蘇聯(lián)的阿齊莫維齊等人在20世紀(jì)50年代發(fā)明的。中科院等離子體所在成功建設(shè)中國(guó)第一個(gè)超導(dǎo)托卡馬克HT-7的基礎(chǔ)上，提出了“HT-7U全超導(dǎo)非圓截面托卡馬克裝置建設(shè)”計(jì)劃，該計(jì)劃在國(guó)際上通稱EAST，即“東方超環(huán)”。
“東方超環(huán)”于2007年建成并開始科學(xué)實(shí)驗(yàn)。在國(guó)家科技部ITER專項(xiàng)、國(guó)家基金委、中科院等部門的支持下，科學(xué)實(shí)驗(yàn)不斷深入，近年來(lái)已吸引大批國(guó)外科學(xué)家來(lái)華開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)，美國(guó)能源部已將EAST列為未來(lái)美國(guó)磁約束聚變合作的首選裝置。自今年2月開始本輪EAST科學(xué)實(shí)驗(yàn)以來(lái)，超過(guò)100位的國(guó)外科學(xué)家來(lái)華開展廣泛的合作研究。實(shí)驗(yàn)中，國(guó)內(nèi)外科學(xué)家們圍繞高參數(shù)長(zhǎng)脈沖等離子體相關(guān)科學(xué)技術(shù)問題開展了大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，取得了一系列新結(jié)果和大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為未來(lái)更高參數(shù)的長(zhǎng)脈沖物理實(shí)驗(yàn)奠定了很好的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)。
據(jù)科研人員介紹，高參數(shù)、高約束模式偏濾器等離子體是未來(lái)聚變托卡馬克放電的最基本的運(yùn)行方式。我國(guó)參加的最大國(guó)際科學(xué)合作項(xiàng)目——國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）首要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)400秒的高約束等離子體，但實(shí)現(xiàn)該科學(xué)目標(biāo)尚面臨眾多科學(xué)和技術(shù)（物理和工程）上的挑戰(zhàn)。目前，國(guó)際上大部分托卡馬克的偏濾器等離子體持續(xù)時(shí)間均在20秒以下，歐盟和日本科學(xué)家曾獲得最長(zhǎng)為60秒的高參數(shù)偏濾器等離子體。本次實(shí)驗(yàn)，我國(guó)科學(xué)家針對(duì)未來(lái)ITER400秒高參數(shù)運(yùn)行的一些關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題，如等離子體精確控制、全超導(dǎo)磁體安全運(yùn)行、有效加熱與驅(qū)動(dòng)、等離子體與壁材料相互作用等，開展了全面的實(shí)驗(yàn)研究，獲得了411秒的中心等離子體密度約2×1019m-3、中心電子溫度大于兩千萬(wàn)度的高溫等離子體。
長(zhǎng)期以來(lái)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間高約束放電一直是國(guó)際聚變界追求的目標(biāo)和挑戰(zhàn)極大的前沿課題。目前正在運(yùn)行的托卡馬克的高約束放電時(shí)間大都在10秒以下。2003年，日本JT-60U裝置（已退役）曾利用強(qiáng)流中性束加熱實(shí)現(xiàn)一次28秒的高約束等離子體放電，這是目前放電時(shí)間最長(zhǎng)的一次。在本輪EAST實(shí)驗(yàn)中，我國(guó)科學(xué)家利用低雜波與射頻波協(xié)同方法，在低再循環(huán)條件下實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定重復(fù)的超過(guò)32秒的高約束等離子體放電。我國(guó)科學(xué)家所用的方法獨(dú)特、經(jīng)濟(jì)、有效，為未來(lái)國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）提供了一條高效實(shí)現(xiàn)高約束放電的新途徑。（記者 吳長(zhǎng)鋒）
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