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中国“人造太阳”再获重大突破 技术国际先进

- 编辑:彩世界1396j -

中国“人造太阳”再获重大突破 技术国际先进

1月29日,中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所承担的国家重大科技基础设施“托卡马克核聚变实验装置辅助加热系统”项目经理部组织专家组对辅助加热系统投入运行后应达到的第二阶段验收目标完成情况进行现场确认。专家组由来自中国科学技术大学、合肥工业大学及国家同步辐射实验室的5位专家组成,中国工程院院士万元熙担任专家组组长。

  国家大科学工程“人造太阳”实验装置近日再获重大突破,EAST成为世界首个实现稳态高约束模运行持续时间达到分钟量级的托卡马克核聚变实验装置。

项目总经理、中国工程院院士李建刚介绍了辅助加热项目的基本情况及本次会议召开的背景,等离子体所所长万宝年详细汇报了辅助加热系统自投入运行以来的所取得的主要进展,重点介绍了第二阶段验收指标完成情况。专家们听取汇报,审阅项目有关资料并实地考察了实验现场。经过认真审议和充分讨论,确认EAST装置目前已经达到的等离子体物理参数为放电时间102秒、等离子体温度大于5000万度。

  近日,全超导托卡马克装置东方超环(EAST)第十一轮物理实验获重大突破:在纯射频波加热、钨偏滤器等类似国际热核聚变实验堆ITER未来运行条件下,获得超过60秒的完全非感应电流驱动(稳态)高约束模等离子体。EAST成为世界首个实现稳态高约束模运行持续时间达到分钟量级的托卡马克核聚变实验装置。

在现场确认结果的基础上,专家一致认为:辅助加热系统投入工作以来,在EAST物理实验中运行稳定,大幅提升了EAST实验能力,扩大了等离子体运行范围并取得了一批重要的成果,等离子体物理参数已经达到《国家发展改革委关于托卡马克核聚变实验装置辅助加热系统项目可行性研究报告的批复》中要求的第二阶段验收目标。

图片 1全超导托卡马克核聚变实验装置。

国家发展改革委在对辅助加热项目可行性研究报告的批复文件中明确要求辅助加热项目的验收分两个阶段进行。其中,第一阶段验收辅助加热系统,第二阶段验收等离子体性能,要求辅助加热系统投入工作后一年使等离子体物理参数达到放电时间100秒、等离子体温度5000万度。2015年2月10日,辅助加热项目已经达到第一阶段所有验收指标并高质量通过国家验收。至此,辅助加热项目已经圆满完成所有的验收目标。

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  这是EAST5000万度、102秒等离子体放电实验数据图。

会议现场

  该研究成果在第26届国际原子能机构聚变能大会以特邀报告形式进行了发布。国际磁约束聚变资深专家、日本那珂核融合研究所先进等离子体物理研究部主任镰田裕在聚变能大会总结报告中,高度评价EAST此次实验成果,认为其对未来国际热核实验反应堆(ITER)计划具重要意义。在纯射频波加热、钨偏滤器等条件下,实现稳态高约束模等离子体放电,是ITER的基本运行模式之一。

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  2012年EAST物理实验曾创造32秒高约束模世界纪录。为进一步发展稳态高约束模,近年来,EAST相继完成了辅助加热、钨偏滤器、等离子体物理诊断等系统的升级改造,克服了加热与电流驱动、分布参数测量等关键技术难题,深入研究和基本解决了射频波耦合、高约束等离子体稳定性控制、低动量条件下加热和电流驱动下输运等一系列物理问题,为实现长脉冲稳态高约束模等离子体奠定了坚实的基础。研究成果连续5年被《核聚变》评为亮点论文,另有多篇发表在《自然—物理学》《物理评论快报》等期刊。

专家现场考察

  10月中旬,EAST团队本轮实验获得的超过60秒的稳态高约束模等离子体放电,不仅在等离子体参数、约束性能和维持时间长度上全面、大幅度超过2012年结果,而且实现了完全的非感应电流驱动(即稳态、环电压为零)。同时实现纯射频波加热的高约束模加热模式。此外还取得了实现全程无大幅度边界局域模,实现等离子体运行软着陆等重要成果。

  美、法等国在20世纪80年代中期发起ITER计划,旨在建立世界上第一个受控热核聚变实验反应堆,为人类输送巨大的清洁能量。这一过程与太阳产生能量的过程类似,因此受控热核聚变实验装置也被俗称为“人造太阳”。中国是这一计划的参与国之一。

  EAST是由中国科学家独立设计建造的世界首个全超导核聚变实验装置,于2007年通过国家验收。它在近年来取得了一系列处于国际领先地位的实验成果,其科学目标是为ITER计划和中国未来独立设计建设运行核聚变堆奠定坚实的科学和技术基础。

  据了解,ITER将采用射频波主导的低动量注入运行模式以及主动水冷的钨偏滤器结构。EAST是目前世界上唯一具备这两大特色的且具有长脉冲运行能力的全超导托卡马克,其稳态运行模式将为ITER和未来核聚变反应堆提供重要参考。

  近年来,EAST相继完成了辅助加热、钨偏滤器、等离子体物理诊断等系统的升级改造,克服了加热与电流驱动、分布参数测量等关键技术难题,深入研究和基本解决了射频波耦合、高约束等离子体稳定性控制、等离子体与壁相互作用物理、低动量条件下加热和电流驱动下输运、杂质输运和控制等一系列稳态运行密切相关的物理问题,为实现长脉冲稳态高约束模等离子体奠定了坚实的基础。

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