El 2 de enero, el equipo de investigación científica del Instituto de Física del Plasma, Instituto Hefei de Ciencias Físicas de la Academia de Ciencias de China anunció que:El dispositivo experimental de fusión nuclear tokamak (EAST), totalmente superconductor, conocido como "sol artificial", confirmó experimentalmente la existencia de la zona libre de densidad de tokamak, encontró una manera de superar el límite de densidad y proporcionó una base física importante para el funcionamiento de alta densidad del dispositivo de fusión nuclear de confinamiento magnético.Los resultados de la investigación relevante se publicaron en la revista académica internacional "Science Advances".
Diagrama esquemático del experimento de alta densidad EAST. (Proporcionado por el equipo de investigación científica)
El dispositivo tokamak es un dispositivo con forma de anillo que utiliza confinamiento magnético para lograr una fusión nuclear controlada. Es como una "pista de carreras magnética" en espiral que bloquea el plasma de alta temperatura para lograr el propósito de la fusión nuclear. La densidad del plasma es uno de los parámetros clave del rendimiento del tokamak y afecta directamente la velocidad de la reacción de fusión. En el pasado, los investigadores científicos descubrieron que existe un límite para la densidad del plasma. Una vez que se alcanza el límite, el plasma explotará y escapará de las limitaciones del campo magnético, y se liberará una enorme energía a la pared interna del dispositivo, lo que afectará el funcionamiento seguro del dispositivo. La comunidad internacional de fusión ha descubierto a través de investigaciones a largo plazo que el proceso físico que desencadena el límite de densidad ocurre en el área límite entre el plasma y la pared interna del dispositivo, pero el mecanismo físico no está muy claro.
Los resultados experimentales de EAST y las predicciones teóricas de PWSO se confirman mutuamente. (Proporcionado por el equipo de investigación científica)
Esta vez, el equipo de investigación científica de nuestro país desarrolló el modelo teórico de autoorganización de la interacción plasma-pared límite (PWSO), descubrió el papel clave de la inestabilidad de la radiación causada por las impurezas límite en la activación del límite de densidad y reveló el mecanismo de activación del límite de densidad. Confiando en el entorno operativo de pared totalmente metálica de EAST, los investigadores utilizaron métodos como el calentamiento por resonancia de ciclotrón electrónico y el inicio cooperativo de precarga para reducir la pulverización de impurezas límite, retrasando activamente la aparición del límite de densidad y la ruptura del plasma. Al regular las condiciones físicas de la placa objetivo, se reduce la pulverización física dominada por impurezas de tungsteno en la placa objetivo, se controla el plasma para superar el límite de densidad y se guía el plasma a una nueva zona libre de densidad. Los resultados experimentales son muy consistentes con las predicciones teóricas de PWSO, confirmando por primera vez la existencia de la zona libre de densidad de tokamak. Este trabajo innovador proporciona pistas importantes para comprender el límite de densidad y proporciona una base física importante para el funcionamiento de tokamak de alta densidad.
Este trabajo se completó en colaboración con el Instituto de Física del Plasma del Instituto Hefei de Ciencias Físicas, la Academia China de Ciencias, la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, la Universidad Aix-Marseille en Francia y otras unidades, y contó con el apoyo del Proyecto Especial Nacional de Fusión por Confinamiento Magnético.