Эксперименты, проведенные на экспериментальном усовершенствованном сверхпроводящем токамаке в Китае, подтвердили существование <<области, свободной от плотности>> токамака, что позволило найти метод выхода за пределы плотности и получить важные физические доказательства высокой плотности работы устройств магнитного термоядерного синтеза.
Восточный токамак (Изображение: Институт Физических Наук Хэфэй)
Устройство токамак-это тороидальное устройство, использующее магнитную изоляцию для достижения управляемого ядерного синтеза, напоминающее спиральную"магнитную дорожку", которая фиксируется в высокотемпературной плазме для достижения ядерного синтеза. Плотность плазмы является одним из ключевых параметров производительности токамака, непосредственно влияющим на скорость реакции синтеза. В прошлом исследователи обнаружили, что существует предел плотности плазмы, называемый пределом плотности Гринвальда; Как только этот предел достигнут, плазма распадается и выходит из замкнутого магнитного поля, высвобождая огромную энергию во внутреннюю стенку устройства, влияя на его безопасную работу. Благодаря долгосрочным исследованиям международное сообщество, занимающееся термоядерным синтезом, обнаружило, что физический процесс, приводящий в действие предел плотности, происходит в пограничной области между плазмой и внутренней стенкой устройства, однако лежащий в его основе физический механизм до конца не изучен.
Группа из Института физики плазмы при Китайской академии наук (ASIPP) в Хэфэе, провинция Аньхой, разработала теоретическую модель самоорганизации взаимодействия граничной плазмы со стенкой (PWSO), обнаружив решающую роль граничного излучения в срабатывании предела плотности и раскрыв механизм срабатывания предела плотности. Используя цельнометаллическую рабочую среду экспериментального усовершенствованного сверхпроводящего токамака (EAST), известного как"искусственное солнце", они уменьшили распыление граничных примесей, используя такие методы, как электронно-циклотронный резонансный нагрев и предварительно заряженный синергетический запуск, активно задерживая наступление предела плотности и разрушение плазмы.
Контролируя физические условия целевой пластины, они уменьшили физическое распыление с преобладанием примесей вольфрама, контролируя плазму, чтобы пробить предел плотности и направить ее в новую область без плотности. Команда заявила, что экспериментальные результаты в значительной степени согласуются с теоретическими прогнозами PWSO, впервые подтверждая существование свободной от плотности области в токамаке. Эта инновационная работа дает важные подсказки для понимания предела плотности и предлагает важные физические доказательства для работы токамака с высокой плотностью.
В экспериментах EAST достиг линейной усредненной плотности электронов в диапазоне от 1,3 до 1,65 предела плотности Гринвальда.
Эти результаты демонстрируют потенциал практической схемы существенного увеличения предела плотности в токамаках, что также имеет отношение к запуску стелларатора. Превышение предела плотности Гринвальда и успешный доступ к режиму без плотности, как показано в этой работе, открывает многообещающий путь к достижению состояния воспламенения плавлением, говорят исследователи.
Эта работа, результаты которой были опубликованы в журнале"Science Advances", была проведена совместно Институтом физики плазмы, Хуачжунским университетом науки и техники и Экс-Марсельским университетом при поддержке Национального проекта магнитного термоядерного синтеза. Успешному завершению этой работы способствовала передовая цельнометаллическая экспериментальная платформа EAST и ее открытый механизм координации совместных предложений. Точные диагностические измерения плотности, температуры, излучения и примесей, разработанные прибором EAST в последние годы, а также эффективный метод электронно-циклотронного резонансного нагрева обеспечивают важную техническую поддержку работы в этой области.
С момента начала работы в 2006 году EAST является открытой тестовой платформой для китайских и международных ученых для проведения экспериментов и исследований, связанных с синтезом.
