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緊湊環(huán)注入對磁約束等離子體裝置進行燃料注入提升等離子體密度

2021-06-22 15:28:34 來源：中國科學報

日前，合肥綜合性國家科學中心多途徑磁約束核聚變研究中心團隊設計建造完成國內(nèi)首臺緊湊環(huán)注入裝備，并成功利用該裝備對磁約束等離子體裝置進行燃料注入，顯著提升了等離子體密度。這是首次在國內(nèi)磁約束聚變裝置利用緊湊環(huán)概念實現(xiàn)芯部加料，標志著我國成為世界上第四個掌握此關(guān)鍵技術(shù)的國家。

在未來聚變反應堆條件下，為提高聚變?nèi)紵?，必須將燃料粒子直接注入反應堆芯部強磁場約束的高溫等離子體中。據(jù)介紹，緊湊環(huán)注入原理是通過脈沖高壓將燃料氣體電離，形成高密度的自組織等離子體環(huán)，利用強洛倫茲力將緊湊環(huán)加速到超高定向速度，從而實現(xiàn)空間深度燃料注入。這種新型注入技術(shù)具有壽命長、密度大和速度高的優(yōu)點，可為極強磁場大型托卡馬克芯部加料難題提供解決方案。

此次緊湊環(huán)注入系統(tǒng)被安裝至中國科學技術(shù)大學反場箍縮磁約束聚變實驗裝置上開展等離子體注入研究，緊湊環(huán)等離子體以正入射方式注入。裝置同時配備自主研發(fā)的高密度、高帶寬光纖激光干涉儀，進行實時等離子體電子密度和注入速度診斷。

研究人員表示，在反場箍縮等離子體放電過程中，緊湊環(huán)高速注入后，多道太赫茲干涉儀觀測到等離子體密度剖面顯著抬升，表明注入緊湊環(huán)等離子體已穿透強磁場，實現(xiàn)與主等離子體的融合，達到了加料效果。

目前，本輪實驗已經(jīng)實現(xiàn)最高注入速度每秒285千米、等離子體最大密度每立方米1.2×1022和最大粒子數(shù)達7.1×1019，指標躋身國際前列。

標簽：緊湊環(huán)注入磁約束等離子體裝置體密度