聚变产业应用研究中心在紧凑环加料物理实验取得重要进展

    近日，合肥综合性国家科学中心能源研究院与中科院等离子体物理研究所合作，在“东方超环”EAST全超导托卡马克的芯部加料实验方面取得重大进展，相关研究成果以题为“Inaugural Central Fueling Experiment with Compact Torus in EAST”发表在核聚变权威期刊《Nuclear Fusion》上。论文第一作者为聚变产业应用研究中心叶扬副研究员，通讯作者为孔德峰研究员以及张寿彪研究员。

    论文中首次报道了在EAST托卡马克装置中利用紧凑环加料系统开展的芯部加料物理实验。紧凑环加料系统是一种大功率脉冲放电装置，其通过大电流耦合感生磁场形成瞬间的极强的洛伦兹力加速磁化等离子体团达到百公里每秒的出射速度（本文中报道的速度达到150km/s）。紧凑环等离子体依靠其极高的动能密度且整体呈现准中性的物理特征，具备穿透托卡马克中高温、高压、强磁场环境的能力，因而是一种极具潜力的聚变装置芯部加料手段。

    在该论文中首次观察到紧凑环等离子体注入到EAST内部区域，直接注入深度在归一化极向磁通半径0.8左右，对应穿透磁场强度在2.05T，这是当前国际上紧凑环系统穿透最强磁场记录。此外，在直接注入之后，伴随着后加料过程，紧凑环等离子体会持续向托卡马克芯部渗透，直至完成全部粒子沉积过程。进一步，通过反射计测量观察到，紧凑环等离子体注入后，对于EAST芯部密度峰化也起到一定的作用，这对聚变装置实现约束性能提升，自举电流优化以及密度极限突破都具有重要意义。

    在EAST上利用紧凑环加料技术成功实现芯部加料是目前该技术在国际上首次面向中大型托卡马克的加料物理实验。本项工作对于紧凑环加料技术的研发具有重要意义。相关研究得到了国家重点研发计划（面向未来磁约束聚变堆的紧凑等离子体环注入加料技术研究，2024YFE03130000）及合肥国家综合科学中心能源研究院自主立项项目（面向CFEDR氚自持的粒子控制与先进芯部加料物理设计，24KZS303）的支持。

图1 EAST上紧凑环加料系统安装工程图

图2 紧凑环等离子体在EAST中注入过程

论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/adf3c8