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中科院福冈物质应用研商院,EAST物理实验获重大

2019-05-12 11:48

ECRH关闭之后基于低杂波沉积对电子温度分布和磁剪切的参数依赖的反馈机制,该机制解释了能量约束的缓慢降低。

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1月28日凌晨零点26分,全超导托卡马克核聚变实验装置EAST成功实现了电子温度超过5千万度、持续时间达102秒的超高温长脉冲等离子体放电。这是国际托卡马克实验装置上电子温度达到5000万度持续时间最长的等离子体放电,展示了EAST作为超导装置在较高参数下开展稳态实验研究的特长和能力,这一里程碑性的成果标志着我国在稳态磁约束聚变研究方面继续走在国际前列。

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左图是ECRH关闭之后低杂波功率沉积从芯部向外围移动,右图是在ECRH关闭之后有效电子热扩散系数稍稍降低,但其径向分布的趋势没有发生变化。以上现象解释了能量约束的大幅度降低。

近年来,在国家发改委、科技部、国家自然科学基金委、中国科学院以及安徽省和合肥市等各部门的大力支持下,EAST的实验运行能力得到大幅提升,已成为国际上稳态磁约束聚变研究的重要实验平台,其研究成果将为未来国际热核聚变实验堆ITER实现稳态高约束放电提供科学和工程实验支持,并将继续为我国下一代聚变装置中国聚变工程实验堆前期预研奠定重要的科学基础。

左图是ECRH关闭之后低杂波功率沉积从芯部向外围移动,右图是在ECRH关闭之后有效电子热扩散系数稍稍降低,但其径向分布的趋势没有发生变化。以上现象解释了能量约束的大幅度降低。

近日,中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所研究员徐国盛团队通过研究EAST典型的长脉冲放电等离子体,在ECRH关闭之后能量约束伴随内感缓慢大幅度降低的现象,揭示了低杂波和电子回旋波协同带来高约束的机制。并对电子热输运及其分布刚性进行了研究,加深了对EAST长脉冲放电中的能量约束特性的物理理解。这些新结果得到了国际同行的积极评价。该成果已发表在国际学术期刊Nuclear Fusion [H. F. Du, et al. Nucl. Fusion 58 066011]上。

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要获得高约束的等离子体需要降低的热扩散和增强的等离子体辅助加热。在本文研究的EAST放电中,芯部的电子回旋波预加热改变了电子温度分布,由于低杂波功率沉积通过朗道阻尼条件依赖于电子温度分布,从而使得低杂波的沉积也在芯部峰化。EAST等离子体在低杂波芯部加热占主导的情况下,功率平衡计算显示电子热扩散在芯部比较低,因此芯部约束较好。此外,芯部峰化的低杂波沉积也使得低杂波驱动的电流在芯部峰化,这里低杂波驱动电流是主要的电流成分,因此使得等离子体内感较高。较高的内感可以改善等离子体约束并增加归一化比压极限。

ECRH关闭之后基于低杂波沉积对电子温度分布和磁剪切的参数依赖的反馈机制,该机制解释了能量约束的缓慢降低。

超高温长脉冲等离子体放电是未来聚变堆的基本运行模式。目前,国际上大部分磁约束聚变实验装置为常规非超导托卡马克,且偏滤器位形等离子体持续时间基本都在20秒以下,只有欧盟和日本科学家曾获得最长为60秒的高参数偏滤器等离子体。EAST既定科学目标是实现1亿度1000秒的等离子体运行,但实现该科学目标目前仍面临着众多科学和技术的挑战。本轮实验以来,EAST团队的工程技术人员和科学家们解决了一系列关键科学和工程技术问题:长脉冲等离子体磁位形的精确控制、全超导磁体安全运行技术、稳态有效的等离子体加热与电流驱动、长时间的等离子体与壁强烈相互作用下粒子和热排出、实时的高时空分辨的先进物理诊断等。通过集成创新和开展全面的实验研究,利用低杂波与电子回旋波协同加热和电流驱动,在中性束共同加热下,EAST成功实现了102秒、等离子体电流0.4MA、芯部电子温度超过5千万度、中心电子密度2.4x1019m-3的高温等离子体放电。

论文链接:

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EAST 5千万度、102秒等离子体放电

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要获得高约束的等离子体需要降低的热扩散和增强的等离子体辅助加热。在该文研究的EAST放电中,芯部的电子回旋波预加热改变了电子温度分布,由于低杂波功率沉积通过朗道阻尼条件依赖于电子温度分布,从而使得低杂波的沉积也在芯部峰化。EAST等离子体在低杂波芯部加热占主导的情况下,功率平衡计算显示电子热扩散在芯部比较低,因此芯部约束较好。此外,芯部峰化的低杂波沉积也使得低杂波驱动的电流在芯部峰化,这里低杂波驱动电流是主要的电流成分,因此使得等离子体内感较高。较高的内感可以改善等离子体约束并增加归一化比压极限。

近日,等离子体所徐国盛研究员团队通过研究EAST典型的长脉冲放电等离子体,在ECRH关闭之后能量约束伴随内感缓慢大幅度降低的现象,揭示了低杂波和电子回旋波协同带来高约束的机制。并对电子热输运及其分布刚性进行了研究,加深了对EAST长脉冲放电中的能量约束特性的物理理解。这些新结果得到了国际同行的积极评价。该成果已发表在国际学术期刊Nuclear Fusion杂志上 [H. F. Du, et al. Nucl. Fusion 58 066011]。

论文链接

以上研究成果是等离子体所相关科研人员通力合作的结果,相关研究得到了国家磁约束核聚变能发展研究专项、国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、中国科学院前沿科学重点研究项目以及中国科学院王宽诚率先人才计划“卢嘉锡国际团队”项目资助。本文进行的计算工作是在等离子体所的SHENMA高性能计算集群上进行的。

以上研究成果是等离子体所相关科研人员通力合作的结果,相关研究得到了国家磁约束核聚变能发展研究专项、国家自然科学基金、中科院青年创新促进会、中科院前沿科学重点研究项目以及中科院王宽诚率先人才计划“卢嘉锡国际团队”项目资助。本文进行的计算工作是在等离子体所的SHENMA高性能计算集群上进行的。

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