人造太陽再突破，離可控核聚變又近了一步

1月2日，中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所科研團隊對外公佈，素有“人造太陽”之稱的全超導託卡馬克核聚變實驗裝置（EAST），通過實驗證實了託卡馬克密度自由區的存在，摸索出突破密度極限的路徑，爲磁約束核聚變裝置實現高密度運行提供了關鍵的物理支撐。相關研究成果已刊發於國際學術期刊《科學進展》。

託卡馬克裝置是藉助磁約束技術實現受控核聚變的環形裝置，宛如一條螺旋狀“磁跑道”，能夠約束高溫等離子體，進而達成核聚變目標。等離子體密度是決定託卡馬克裝置性能的核心參數之一，對聚變反應速率起到直接影響。

對於未來聚變堆而言，聚變功率與燃料密度的平方呈正比，因此高密度運行是提升聚變能經濟性的必由之路。“密度極限”是上世紀末發現的純經驗定標，當託卡馬克運行狀態接近這一極限時，會引發等離子體破裂，鉅額能量會瞬間衝擊裝置內壁，威脅裝置的安全運轉。國際聚變領域已完善跨裝置的經驗定標體系，並在芯部彈丸注入等特定工況下實現了超密度極限運行，逐步明確密度極限的觸發物理過程發生在邊界區域，但對於其中的物理機制尚未完全釐清。

此次，我國科研團隊構建出邊界等離子體與壁相互作用自組織（PWSO）理論模型，明確了邊界雜質誘發的輻射不穩定性在密度極限觸發過程中的核心作用，揭示了密度極限的觸發機理。依託EAST全金屬壁運行環境，科研人員採用電子迴旋共振加熱與預充氣協同啓動等技術手段，降低邊界雜質濺射程度，成功延緩了密度極限的到來及等離子體破裂的出現。通過調控靶板物理條件，減少了靶板鎢雜質主導的物理濺射，促使等離子體突破密度極限，進入全新的密度自由區。實驗結果與PWSO理論預測高度契合，首次驗證了託卡馬克密度自由區的存在。這項創新性研究爲解讀密度極限提供了重要思路，同時爲託卡馬克裝置的高密度運行奠定了關鍵的物理基礎。