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中国“人造太阳”实现1亿度运行!这个狂野梦想,可能永久解决能源问题

2018-11-17    来源:文汇网
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[ 导读 ]:我国大科学装置东方超环EAST继2017年创造了101.2秒高约束模等离子体运行的世界纪录后,2018年实现了加热功率超过10兆瓦,等离子体储能增加到300千焦;在电子回旋与低杂波协同加热下,等离子体中心电子温度达到1亿度。

 
我国大科学装置东方超环EAST继2017年创造了101.2秒高约束模等离子体运行的世界纪录后,2018年实现了加热功率超过10兆瓦,等离子体储能增加到300千焦;在电子回旋与低杂波协同加热下,等离子体中心电子温度达到1亿度。
 
这次实验拓展了适应于聚变堆高性能等离子体稳态高约束模式的运行区间,获得的实验参数接近未来聚变堆稳态运行模式所需要的物理条件,为未来ITER运行和正在进行的中国聚变工程实验堆CFETR工程和物理设计提供了重要的实验依据与科学支持,迈出了关键一步。
 
合肥是国家正式批准建设的全国第二个综合性国家科学中心,核聚变能研究是合肥综合性国家科学中心重点聚焦的领域之一,中科院合肥研究院等离子体物理研究所依托国家“九五”大科学装置东方超环(EAST)全面参与综合性国家科学中心建设,并即将开建国家“十三五”大科学装置聚变堆主机关键系统综合研究设施。EAST是等离子体所自主设计、研制并拥有完全知识产权的磁约束核聚变实验装置,是世界上第一个非圆截面全超导托卡马克,瞄准未来聚变能商用目标的关键科学问题,近年来在高性能、稳态、长脉冲等离子体研究方面取得了多项原创性成果。
 
2018年度EAST物理实验持续经历4个多月,相关研究成果于10月22日—27日在印度举办的第27届国际聚变能大会上由等离子体所所长万宝年研究员和运行负责人龚先祖研究员等进行了综述报道,受到国际聚变同行的广泛关注与高度评价。
 
EAST继2017年创造了101.2秒高约束模等离子体运行的世界纪录后,2018年度物理实验面向未来聚变堆先进稳态运行模式的发展和长脉冲运行下的关键科学技术问题,重点开展了高功率加热下堆芯物理机制研究的系列实验。通过优化稳态射频波等多种加热技术在高参数条件下的耦合与电流驱动、等离子体先进控制等,结合理论与数值模拟,实现加热功率超过10兆瓦,等离子体储能增加到300千焦;在电子回旋与低杂波协同加热下,等离子体中心电子温度达到1亿度。利用低杂波、电子回旋、离子回旋协同效应与中性束加热的高效集成,优化电流密度分布,开展了平衡和稳定性、约束和输运、等离子体与壁相互作用及高能粒子物理等相关实验研究,有效拓展了适应于聚变堆高性能等离子体稳态高约束模式的运行区间。
 

 
▲2018年度EAST实现的1亿度等离子体放电。
 

 
 
▲2018年度EAST实现的运行区拓展及能量约束增强因子同ITER基本运行模式的对比。
 
在射频波加热为主、低动量注入、钨偏滤器等类似未来聚变堆条件下,实现了高约束、高密度、高比压的完全非感应先进稳态运行模式,获得的归一化参数接近未来聚变堆稳态运行模式所需要的物理条件。同时针对长脉冲稳态高参数运行的关键问题即粒子与热排出,利用多种技术演示了类似ITER运行条件下的边界局域模及钨杂质的控制方法,实现了钨偏滤器高约束模等离子体下稳态热负荷的主动反馈控制。EAST本年度取得的这些实验成果为未来ITER运行和正在进行的中国聚变工程实验堆CFETR工程和物理设计提供了重要的实验依据与科学支持。
 
等离子体所核聚变研究及EAST装置长期得到发改委、科技部、中科院、国家基金委等项目的资助,以及安徽省、合肥市、合肥综合性国家科学中心等相关部门的大力支持。
 
作者:许琦敏编辑:郝梦夷责任编辑:顾军
 
关键词: 人造太阳 能源问题
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