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緊湊環(huán)注入對磁約束等離子體裝置進(jìn)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(xué)報

日前，合肥綜合性國家科學(xué)中心多途徑磁約束核聚變研究中心團(tuán)隊設(shè)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(jìn)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(biāo)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(yīng)堆條件下，為提高聚變?nèi)紵?，必須將燃料粒子直接注入反?yīng)堆芯部強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(xué)技術(shù)大學(xué)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(jìn)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(qiáng)磁場，實現(xiàn)與主等離子體的融合，達(dá)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(dá)7.1×1019，指標(biāo)躋身國際前列。

標(biāo)簽：緊湊環(huán)注入磁約束等離子體裝置體密度