人造太阳再突破，离可控核聚变又近了一步

1月2日，中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所科研团队对外公布，素有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST），通过实验证实了托卡马克密度自由区的存在，摸索出突破密度极限的路径，为磁约束核聚变装置实现高密度运行提供了关键的物理支撑。相关研究成果已刊发于国际学术期刊《科学进展》。

托卡马克装置是借助磁约束技术实现受控核聚变的环形装置，宛如一条螺旋状“磁跑道”，能够约束高温等离子体，进而达成核聚变目标。等离子体密度是决定托卡马克装置性能的核心参数之一，对聚变反应速率起到直接影响。

对于未来聚变堆而言，聚变功率与燃料密度的平方呈正比，因此高密度运行是提升聚变能经济性的必由之路。“密度极限”是上世纪末发现的纯经验定标，当托卡马克运行状态接近这一极限时，会引发等离子体破裂，巨额能量会瞬间冲击装置内壁，威胁装置的安全运转。国际聚变领域已完善跨装置的经验定标体系，并在芯部弹丸注入等特定工况下实现了超密度极限运行，逐步明确密度极限的触发物理过程发生在边界区域，但对于其中的物理机制尚未完全厘清。

此次，我国科研团队构建出边界等离子体与壁相互作用自组织（PWSO）理论模型，明确了边界杂质诱发的辐射不稳定性在密度极限触发过程中的核心作用，揭示了密度极限的触发机理。依托EAST全金属壁运行环境，科研人员采用电子回旋共振加热与预充气协同启动等技术手段，降低边界杂质溅射程度，成功延缓了密度极限的到来及等离子体破裂的出现。通过调控靶板物理条件，减少了靶板钨杂质主导的物理溅射，促使等离子体突破密度极限，进入全新的密度自由区。实验结果与PWSO理论预测高度契合，首次验证了托卡马克密度自由区的存在。这项创新性研究为解读密度极限提供了重要思路，同时为托卡马克装置的高密度运行奠定了关键的物理基础。