中国“人造太阳”核聚变实验找到突破密度极限的方法

中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所科研团队近日宣布，在“人造太阳”全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）的研究中取得新进展。该研究首次实验证实了托卡马克中密度自由区的存在，并揭示了相关物理机制，为磁约束核聚变装置实现更高密度运行提供了重要的实验依据。相关成果于2025年1月2日发布在国际学术期刊《科学进展》上。

托卡马克是一种通过强磁场约束高温等离子体以实现受控核聚变的实验装置。长期以来，等离子体密度存在一个理论极限，一旦超过该极限，等离子体可能变得不稳定并发生破裂，影响装置安全。科研团队基于发展出的边界等离子体与壁相互作用自组织理论模型，揭示了边界杂质导致的辐射不稳定性是触发密度极限的关键机制。

在实际实验中，研究人员利用EAST装置的全金属壁运行环境，通过电子回旋共振加热与预充气协同等技术方法，有效降低了边界杂质的溅射。这一操作成功延迟了密度极限和等离子体破裂的发生。通过进一步调控装置靶板的物理条件，团队最终控制等离子体突破了原有的密度极限，使其进入一个稳定的高密度运行区间，即“密度自由区”。实验数据与理论预测高度吻合。

该研究由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所联合华中科技大学、法国艾克斯-马赛大学等机构共同完成。研究工作得到了国家相关科研计划的支持。此次对托卡马克密度极限的深入理解和实验突破，是核聚变能源研究领域的一项重要进展。