紧凑环注入磁约束等离子体实验成功达到了加料效果

2021-07-29 16:27:43

日前,合肥综合性国家科学中心多途径磁约束核聚变研究中心团队设计建造完成国内首台紧凑环注入装备,并成功利用该装备对磁约束等离子体装置进行燃料注入,显著提升了等离子体密度。这是首次在国内磁约束聚变装置利用紧凑环概念实现芯部加料,标志着我国成为世界上第四个掌握此关键技术的国家。

在未来聚变反应堆条件下,为提高聚变燃烧率,必须将燃料粒子直接注入反应堆芯部强磁场约束的高温等离子体中。据介绍,紧凑环注入原理是通过脉冲高压将燃料气体电离,形成高密度的自组织等离子体环,利用强洛伦兹力将紧凑环加速到超高定向速度,从而实现空间深度燃料注入。这种新型注入技术具有寿命长、密度大和速度高的优点,可为极强磁场大型托卡马克芯部加料难题提供解决方案。

此次紧凑环注入系统被安装至中国科学技术大学反场箍缩磁约束聚变实验装置上开展等离子体注入研究,紧凑环等离子体以正入射方式注入。装置同时配备自主研发的高密度、高带宽光纤激光干涉仪,进行实时等离子体电子密度和注入速度诊断。

研究人员表示,在反场箍缩等离子体放电过程中,紧凑环高速注入后,多道太赫兹干涉仪观测到等离子体密度剖面显著抬升,表明注入紧凑环等离子体已穿透强磁场,实现与主等离子体的融合,达到了加料效果。

目前,本轮实验已经实现最高注入速度每秒285千米、等离子体最大密度每立方米1.2×1022和最大粒子数达7.1×1019,指标跻身国际前列。

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