Am 2. Januar gab das wissenschaftliche Forschungsteam des Instituts für Plasmaphysik des Hefei-Instituts für Physikalische Wissenschaften der Chinesischen Akademie der Wissenschaften bekannt, dass:Das vollständig supraleitende Tokamak-Kernfusionsexperimentalgerät (EAST), bekannt als „künstliche Sonne“, bestätigte experimentell die Existenz der dichtefreien Tokamak-Zone, fand einen Weg, die Dichtegrenze zu durchbrechen, und lieferte eine wichtige physikalische Grundlage für den Betrieb des Kernfusionsgeräts mit magnetischem Einschluss bei hoher Dichte.Relevante Forschungsergebnisse wurden in der internationalen Fachzeitschrift „Science Advances“ veröffentlicht.
Schematische Darstellung des EAST-Experimentes mit hoher Dichte. (Bereitgestellt vom wissenschaftlichen Forschungsteam)
Das Tokamak-Gerät ist ein ringförmiges Gerät, das magnetischen Einschluss nutzt, um eine kontrollierte Kernfusion zu erreichen. Es ist wie eine spiralförmige „magnetische Rennstrecke“, die Hochtemperaturplasma einschließt, um den Zweck der Kernfusion zu erreichen. Die Plasmadichte ist einer der Schlüsselparameter der Tokamak-Leistung und beeinflusst direkt die Fusionsreaktionsgeschwindigkeit. In der Vergangenheit haben wissenschaftliche Forscher herausgefunden, dass es eine Grenze für die Plasmadichte gibt. Sobald die Grenze erreicht ist, platzt das Plasma und entkommt den Beschränkungen des Magnetfelds. Dabei wird große Energie an die Innenwand des Geräts abgegeben, was den sicheren Betrieb des Geräts beeinträchtigt. Die internationale Fusionsgemeinschaft hat durch Langzeitforschung herausgefunden, dass der physikalische Prozess, der die Dichtegrenze auslöst, im Grenzbereich zwischen dem Plasma und der Innenwand des Geräts stattfindet, der physikalische Mechanismus ist jedoch nicht ganz klar.
Die experimentellen Ergebnisse von EAST und die theoretischen Vorhersagen von PWSO bestätigen sich gegenseitig. (Bereitgestellt vom wissenschaftlichen Forschungsteam)
Dieses Mal entwickelte das wissenschaftliche Forschungsteam unseres Landes das theoretische Modell der Grenzplasma-Wand-Interaktions-Selbstorganisation (PWSO), entdeckte die Schlüsselrolle der durch Grenzverunreinigungen verursachten Strahlungsinstabilität bei der Auslösung der Dichtegrenze und enthüllte den Auslösemechanismus der Dichtegrenze. Basierend auf der Ganzmetallwand-Betriebsumgebung von EAST nutzten die Forscher Methoden wie Elektronenzyklotronresonanzheizung und kooperatives Vorladen, um das Sputtern von Grenzverunreinigungen zu reduzieren und so das Auftreten von Dichtegrenzen und Plasmabrüchen aktiv zu verzögern. Durch die Regulierung der physikalischen Bedingungen der Targetplatte wird das durch Wolframverunreinigungen in der Targetplatte dominierte physikalische Sputtern reduziert, das Plasma wird so gesteuert, dass es die Dichtegrenze durchbricht, und das Plasma wird in eine neue dichtefreie Zone geführt. Die experimentellen Ergebnisse stimmen in hohem Maße mit den theoretischen Vorhersagen des PWSO überein und bestätigen zum ersten Mal die Existenz der dichtefreien Tokamak-Zone. Diese innovative Arbeit liefert wichtige Hinweise zum Verständnis der Dichtegrenze und liefert eine wichtige physikalische Grundlage für den Betrieb von Tokamaks mit hoher Dichte.
Diese Arbeit wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut für Plasmaphysik des Hefei-Instituts für Physikalische Wissenschaften, der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, der Huazhong-Universität für Wissenschaft und Technologie, der Universität Aix-Marseille in Frankreich und anderen Einheiten abgeschlossen und vom National Magnetic Confinement Fusion Special Project unterstützt.