实现高性能等离子体稳态运行是未来聚变堆必须要解决的关键科学问题。近期，中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所“人造太阳”东方超环EAST团队发挥体系化建制化优势，取得了系列原创性的基础物理研究成果。1月7日，国际学术期刊《科学·进展》(Science Advances)发表了该团队在高能量约束先进模式等离子体运行方面取得的重要成果。
托卡马克先进运行模式是当前磁约束核聚变研究的热点之一。EAST团队在托卡马克装置实验研究中发现并证明了一种新的高能量约束模式，这种先进模式大幅度提高了能量约束效率，具有芯部无杂质积累，便于聚变反应生成物排出，维持平稳温度台基等优点，并实现了芯部高约束与边界不稳定性的兼容，保证了长时间尺度上的高性能等离子体运行。这种无需通过外部控制来确保等离子体稳态运行的高能量约束模式，对于国际热核聚变实验堆和未来聚变堆运行具有重要意义。(图1.图2.)
此外，科研团队还在湍流驱动等离子体电流、偏滤器脱靶与高约束等离子体兼容等方面取得重要成果，相关研究成果日前发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)(图3.)和《自然·通讯》(Nature Communications)上(图4.)。科研团队在等离子体物理基础研究领域深耕探索，发现系列新的物理现象，揭示和验证了其中的相关物理机制，为聚变堆的建设和运行奠定了坚实的科学基础。
EAST全超导托卡马克装置
图1. 长脉冲放电。0.33MA等离子体电流和平均密度 (A)，辐射功率和辅助加热功率1.65MW(B)，离子饱和电流以及内外靶板打击点SP1和SP2(C)，偏滤器热通量峰值(D)。
图2. 聚变三乘积 (密度×温度×能量约束时间) 和等离子放电时间的图表。不同兆安电流和兆瓦功率等级托卡马克之间的比较。
图3.湍流驱动的电流与自举电流动力学特征。
图4.偏滤器全脱靶与着靶状态等离子体辐射的二维分布对比
