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“人造太阳”关键控制技术突破

记者从中国科学院合肥材料科学研究所获悉,等离子体物理研究所EAST(全超导托卡马克实验装置)研究员孙佑文的研究团队在利用三维旋转磁扰动场控制EAST偏滤器靶板热负荷的研究方面取得了新进展。相关结果最近发表在聚变领域杂志《核聚变》上。

通过与美国通用原子能公司(General Atomic Energy Company)研究团队的合作,研究小组进一步将这一结果扩展到美国DIII-D装置上旋转和混合扰动模式的磁扰动场研究。相关结果几天前发表在《等离子物理学》杂志上,并应邀在第59届美国物理学会等离子会议上发表报告。

分流器靶板的热负荷控制对ITER(国际热核聚变反应堆项目)等未来的磁约束聚变反应堆装置来说是一个巨大的挑战。

外部磁扰动场已被证明能削弱或抑制边界局域模,从而有效地减轻边界局域模对偏滤器靶板上瞬态强热负荷的影响。

同时,如何减小三维场引起的周向非对称局部目标热流累积效应,仍然是该研究领域尚未解决的问题。

研究组利用沿圆周方向旋转的外加磁扰动场在EAST上进行边界局域模控制实验。发现在磁扰动过程中,靶板上的粒子流分布在圆周方向上具有不对称的分裂结构。

该结构与旋转磁场扰动场沿靶板圆周方向同步旋转,证明了该控制方法的有效性。

通过磁扰动光谱扫描,发现分裂结构的局部粒子流分布可以沿着靶板的圆周方向在大范围内移动,同时保持抑制效果。

这些实验结果表明,时变扰动场有利于整个靶板上粒子流和热流的均匀化,避免了靶板局部过热。

基于这一结果,研究小组与美国DIII-D研究小组合作,进一步在低碰撞率下对DII-D装置进行了混合圆周模量N旋转磁扰动场的控制实验。

实验表明,静态扰动分量用于维持边界局域模的抑制,旋转分量用于成功实现靶板上热流和粒子流的均匀化控制。

这些研究成果将对未来在磁约束聚变装置中利用三维磁扰动控制靶板瞬态热负荷的相关技术发展和物理理解起到重要作用。

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