美國能源部12月19日公布了2017年聚變能科學(xué)亮點——“New Physics Understanding Provides Attractive Path for Developing Fusion Energy via a Steady-State Tokamak”。這來自于等離子體所龔先祖研究員和美國通用原子公司Andrea Garofalo博士共同領(lǐng)導(dǎo)的EAST/DIII-D聯(lián)合實驗研究,這也是中國磁約束聚變科學(xué)家們的相關(guān)成果首次被美國能源部官方媒體報道。
如何在低環(huán)向旋轉(zhuǎn)下實現(xiàn)并維持高約束穩(wěn)態(tài)運行模式是未來基于托卡馬克的聚變實驗堆(如ITER和CFTER)的科學(xué)難題之一。在EAST/DIII-D的聯(lián)合實驗中,由中美科學(xué)家組成的聯(lián)合研究團隊在DIII-D實驗裝置上發(fā)現(xiàn)了一種新的高約束等離子體維持機制,能夠通過等離子體中較大的Shafranov位移及其帶來的磁剪切抑制湍流,成功驗證了低等離子體旋轉(zhuǎn)的高約束穩(wěn)態(tài)運行模式(H98≥1.5,fNI ~100%),在這種新的高比壓穩(wěn)態(tài)等離子體運行模式中遠離磁軸的徑向位置形成很強的內(nèi)部輸運壘(ITB @ rho ~ 0.6 - 0.7)。聯(lián)合實驗團隊進一步從理論模擬和實驗上系統(tǒng)地分析了環(huán)向旋轉(zhuǎn)、等離子體壓強和電流剖面對湍流抑制的機理。最近,實驗通過反剪切的電流分布優(yōu)化在q95 ~ 6.0和環(huán)向旋轉(zhuǎn)接近于零的條件下首次實現(xiàn)了H98 ~1.75的高極向比壓運行,數(shù)值模擬可外推高極向比壓運行模式到ITER和CFETR的穩(wěn)態(tài)運行并維持高約束模式。
EAST/DIII-D聯(lián)合實驗研究的最終目標(biāo)是在EAST上應(yīng)用和發(fā)展DIII-D的先進高性能運行模式原型,并演示真正穩(wěn)態(tài)高參數(shù)長脈沖運行。聯(lián)合團隊成員錢金平、Andrea Garofalo、黃娟、任啟龍、潘成康和丁斯曄等分別在2015APS-DPP、2016TTF、2016IAEA FEC、2016APS-DPP、2017EPS和2017APS-DPP等國際會議上報道了相關(guān)研究進展,研究結(jié)果分別發(fā)表在Nuclear Fusion、Plasma Physics and Controlled Fusion和Physics of Plasmas等期刊上。[1] J.P. Qian, et al., Nucl. Fusion 57 (2017) 056008;[2] S. Ding, et al., Nucl. Fusion 57 (2017) 022016;[3] S. Ding, et al., Phys. Plasmas 24, (2017) 056114;[4]A.M. Garofalo et al., Nucl. Fusion 57 (2017) 07603;[5]C. Pan, et al., Nucl. Fusion 57 (2017) 036018;[6]J. McClenaghan et al., Nucl. Fusion 57 (2017)116019;[7]Q. Ren et al., Phys. Plasmas 23, (2016) 062511;[8]A.M. Garofalo et al., Nucl. Fusion 55 (2015) 123025
相關(guān)鏈接:https://science.energy.gov/fes/highlights/2017/fes-2017-11-a/
美國能源部2017年聚變能科學(xué)亮點報道EAST/DIII-D聯(lián)合實驗托卡馬克高約束高比壓穩(wěn)態(tài)運行模式的發(fā)展