河南
當(dāng)一億攝氏度的等離子體在環(huán)形磁場上奔騰，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院的科學(xué)家們正在解開一個困擾國際聚變界數(shù)十年的“緊箍咒”。1月2日，全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）宣布突破性發(fā)現(xiàn)：科研團隊不僅證實托卡馬克密度自由區(qū)的存在，更揭示了邊界雜質(zhì)輻射不穩(wěn)定性的觸發(fā)機制，這項發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》的研究，相當(dāng)于為磁約束聚變裝置找到了高密度運行的“安全閥調(diào)節(jié)密碼”。
這個被稱作“人造太陽”的裝置，本質(zhì)上是一個直徑8米的巨型螺旋磁跑道。它通過超導(dǎo)線圈產(chǎn)生的強大磁場，將高溫等離子體束縛在環(huán)形真空室內(nèi)。但就像給龍卷風(fēng)套上韁繩，隨著等離子體密度增加，磁場約束會突然失效——這種現(xiàn)象被稱為“密度極限”。過去半個世紀(jì)，全球科學(xué)家始終無法解釋為何達(dá)到臨界密度時，等離子體會像脫韁野馬般撞向裝置內(nèi)壁。
EAST團隊發(fā)展的PWSO理論模型給出了答案。他們發(fā)現(xiàn)邊界區(qū)域就像核聚變的“風(fēng)暴眼”，當(dāng)雜質(zhì)積累引發(fā)輻射不穩(wěn)定性時，會形成連鎖反應(yīng)導(dǎo)致約束崩潰。這項發(fā)現(xiàn)直接顛覆了傳統(tǒng)認(rèn)知：密度極限并非由等離子體核心決定，而是取決于邊界區(qū)域的“微氣候”。該成果使我國首次掌握主動調(diào)控密度極限的能力，為國際熱核聚變實驗堆（ITER）提供了關(guān)鍵設(shè)計依據(jù)。
《科學(xué)進(jìn)展》期刊評審專家指出，這項研究解決了磁約束聚變領(lǐng)域“最頑固的瓶頸之一”。相比其他國家仍在探索現(xiàn)象描述，中國團隊已深入到物理機制層面。這標(biāo)志著我國在受控核聚變研究上，實現(xiàn)了從“跟跑”到“并跑”再到局部“領(lǐng)跑”的跨越。EAST裝置負(fù)責(zé)人透露，新發(fā)現(xiàn)已應(yīng)用于2023年實驗，成功將等離子體密度提升15%而不引發(fā)破裂。
核聚變界將此次突破類比為“發(fā)現(xiàn)新能源大陸的航海圖”。密度極限的破解，意味著未來商用聚變堆可以更小更高效——就像把燃油發(fā)動機升級為渦輪增壓。中科院院士評價稱，該成果使我國在通往“終極能源”的道路上搶占了關(guān)鍵制高點，為2035年聚變工程實驗堆建設(shè)掃清了重大理論障礙。
在安徽合肥的“科學(xué)島”上，EAST裝置正持續(xù)刷新世界紀(jì)錄。從1.2億攝氏度101秒到1億攝氏度千秒運行，再到如今攻克密度極限，中國團隊用二十年時間走完了發(fā)達(dá)國家半個世紀(jì)的路程。正如等離子體所青年科學(xué)家所言：“我們不是在追趕太陽，而是在實驗室里創(chuàng)造新的太陽。”這項看似深奧的基礎(chǔ)研究，或許正在為人類打開下一個能源紀(jì)元的大門。
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