当一亿摄氏度的等离子体在环形磁场上奔腾,中国科学院合肥物质科学研究院的科学家们正在解开一个困扰国际聚变界数十年的“紧箍咒”。1月2日,全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)宣布突破性发现:科研团队不仅证实托卡马克密度自由区的存在,更揭示了边界杂质辐射不稳定性的触发机制,这项发表于《科学进展》的研究,相当于为磁约束聚变装置找到了高密度运行的“安全阀调节密码”。
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这个被称作“人造太阳”的装置,本质上是一个直径8米的巨型螺旋磁跑道。它通过超导线圈产生的强大磁场,将高温等离子体束缚在环形真空室内。但就像给龙卷风套上缰绳,随着等离子体密度增加,磁场约束会突然失效——这种现象被称为“密度极限”。过去半个世纪,全球科学家始终无法解释为何达到临界密度时,等离子体会像脱缰野马般撞向装置内壁。
EAST团队发展的PWSO理论模型给出了答案。他们发现边界区域就像核聚变的“风暴眼”,当杂质积累引发辐射不稳定性时,会形成连锁反应导致约束崩溃。这项发现直接颠覆了传统认知:密度极限并非由等离子体核心决定,而是取决于边界区域的“微气候”。该成果使我国首次掌握主动调控密度极限的能力,为国际热核聚变实验堆(ITER)提供了关键设计依据。
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《科学进展》期刊评审专家指出,这项研究解决了磁约束聚变领域“最顽固的瓶颈之一”。相比其他国家仍在探索现象描述,中国团队已深入到物理机制层面。这标志着我国在受控核聚变研究上,实现了从“跟跑”到“并跑”再到局部“领跑”的跨越。EAST装置负责人透露,新发现已应用于2023年实验,成功将等离子体密度提升15%而不引发破裂。
核聚变界将此次突破类比为“发现新能源大陆的航海图”。密度极限的破解,意味着未来商用聚变堆可以更小更高效——就像把燃油发动机升级为涡轮增压。中科院院士评价称,该成果使我国在通往“终极能源”的道路上抢占了关键制高点,为2035年聚变工程实验堆建设扫清了重大理论障碍。
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在安徽合肥的“科学岛”上,EAST装置正持续刷新世界纪录。从1.2亿摄氏度101秒到1亿摄氏度千秒运行,再到如今攻克密度极限,中国团队用二十年时间走完了发达国家半个世纪的路程。正如等离子体所青年科学家所言:“我们不是在追赶太阳,而是在实验室里创造新的太阳。”这项看似深奥的基础研究,或许正在为人类打开下一个能源纪元的大门。
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