中国“人造太阳”打破了一项科学家曾认为无法突破的核聚变纪录

该研究由华中科技大学朱平教授与中国科学院合肥物质科学研究院鄢宁副研究员共同领导。通过为EAST（东方超环）开发一种新的高密度运行方法，该团队发现，等离子体密度可以远远超过长期存在的经验极限，且不会引发通常导致实验终止的破坏性不稳定性。这一发现挑战了数十年来关于托卡马克等离子体在高密度下行为的假设。

为何密度极限阻碍核聚变发展
核聚变被广泛认为是一种潜在的清洁可持续能源。在氘-氚聚变中，燃料需被加热到约13千电子伏特（1.5亿开尔文）才能达到最佳条件。在此温度下，产生的聚变功率与等离子体密度的平方成正比。尽管有此优势，托卡马克实验长期受密度上限制约——超过该极限时，等离子体常变得不稳定，破坏约束并威胁装置运行，这些不稳定性一直是提升核聚变性能的主要障碍。

一种名为等离子体-壁自组织（PWSO）的较新理论框架为密度极限的成因提供了不同解释。该概念最初由法国国家科学研究中心和艾克斯-马赛大学的D.F. Escande等人提出。根据PWSO理论，当等离子体与反应堆金属壁之间的相互作用达到精心平衡状态时，会出现无密度限制状态；在此状态下，物理溅射对等离子体行为起主导作用。

EAST实验首次为这一理论提供了实验证实。研究人员通过精确控制初始燃料气体压力，并在每次放电启动阶段应用电子回旋共振加热，从一开始就优化了等离子体-壁相互作用。结果，杂质积累和能量损失大幅减少，使等离子体密度在启动结束时稳步提升。在这些条件下，EAST成功进入PWSO预测的无密度限制状态，即使密度远超经验极限也能保持稳定运行。

对核聚变点火的意义
这些实验结果为在追求核聚变点火过程中，如何打破托卡马克运行中长期存在的密度壁垒提供了新的物理见解。

朱教授表示：“这些发现为托卡马克装置和下一代燃烧等离子体核聚变装置扩展密度极限提供了一条实用且可扩展的途径。”

鄢副研究员补充道，团队计划在不久的将来，在EAST的高约束运行中应用相同方法，目标是在高性能等离子体条件下达到无密度限制状态。