在全超導托卡馬克裝置東方超環(huán)（EAST）建成投入運行十周年之際，正在進行的EAST第十一輪物理實驗于近日再獲重大突破：在純射頻波加熱、鎢偏濾器等類似國際熱核聚變實驗堆ITER未來運行條件下，獲得超過60秒的完全非感應電流驅動（穩(wěn)態(tài)）高約束模等離子體。EAST成為世界首個實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)高約束模運行持續(xù)時間達到分鐘量級的托卡馬克核聚變實驗裝置。
繼2012年EAST物理實驗創(chuàng)造32秒高約束模世界紀錄后，為進一步發(fā)展穩(wěn)態(tài)高約束模運行模式，近年來，EAST相繼完成了輔助加熱、鎢偏濾器、等離子體物理診斷等系統(tǒng)的升級改造，克服了加熱與電流驅動、分布參數(shù)測量等關鍵技術難題，深入研究和基本解決了射頻波耦合、高約束等離子體穩(wěn)定性控制、等離子體與壁相互作用物理、低動量條件下加熱和電流驅動下輸運、雜質輸運和控制等一系列穩(wěn)態(tài)運行密切相關的物理問題，為實現(xiàn)長脈沖穩(wěn)態(tài)高約束模等離子體奠定了堅實的基礎。
在今年8月啟動的新一輪物理實驗中，EAST團隊通過進一步優(yōu)化長脈沖時間尺度下的穩(wěn)態(tài)運行集成控制，于10月中旬獲得超過60秒的穩(wěn)態(tài)高約束模等離子體，不僅在等離子體參數(shù)、約束性能和維持時間長度上全面、大幅度超過2012年結果，更具有如下特色：實現(xiàn)完全的非感應電流驅動（穩(wěn)態(tài)、環(huán)電壓為零），為未來拓展到更長脈沖奠定了物理和運行基礎；利用低雜波、電子回旋和離子回旋三套加熱系統(tǒng)之間的有效耦合，實現(xiàn)純射頻波加熱的高約束模加熱模式；在分鐘量級驗證EAST裝置上ITER-like水冷鎢偏濾器的運行能力，為ITER鎢偏濾器運行提供了重要參考；等離子體能量約束增強因子H98達到1.1，高于ITER的基準運行模式的H98=1；實現(xiàn)全程無大幅度邊界局域模（ELMs），有效控制了偏濾器靶板的峰值熱流和鎢雜質返流；實現(xiàn)等離子體運行的軟著陸。
據(jù)悉該研究成果在第26屆國際原子能機構聚變能大會的首日以特邀報告形式進行了發(fā)布。在聚變能大會的總結報告中，負責運行模式總結的國際磁約束聚變資深專家Yutaka Kamada高度評價了EAST的穩(wěn)態(tài)高約束模等離子體實驗，特別肯定了EAST在鎢偏濾器條件下取得該成果對未來ITER的重要意義。
高約束模是未來ITER的基本運行模式，為實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)運行并達到有效的偏濾器熱量排除，ITER將采用射頻波主導的低動量注入運行模式以及主動水冷的鎢偏濾器結構。EAST是目前世界上唯一具備這兩大特色的且具有長脈沖運行能力的全超導托卡馬克，其穩(wěn)態(tài)運行模式將為ITER和未來反應堆提供重要參考。
今年是EAST運行十周年，EAST裝置的建設、運行及取得的系列成果得益于國家科技部、中國科學院、國家發(fā)改委、國家自然科學基金委等項目的資助以及安徽省、合肥市等相關部門的大力支持。
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