中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所的團(tuán)隊(duì)及其來(lái)自美國(guó)、歐洲和日本等國(guó)的合作者寫(xiě)道，利用磁場(chǎng)將自由移動(dòng)的電子和氫離子組成的等離子體帶電氣體加熱至7000萬(wàn)攝氏度，實(shí)現(xiàn)了等離子體更深處和等離子體邊緣的高能量限制，這一運(yùn)行具有里程碑式意義。

他們寫(xiě)道，進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，這種新模式在國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆(ITER)的應(yīng)用中表現(xiàn)出巨大的潛力。ITER是目前正在法國(guó)建設(shè)的世界上最大的聚變反應(yīng)堆。

領(lǐng)導(dǎo)ITER實(shí)驗(yàn)和等離子體操作的物理學(xué)家皮茨說(shuō)：“EAST實(shí)驗(yàn)的意義在于，他們首次證明了托卡馬克等離子體可以持續(xù)和控制非常長(zhǎng)的脈沖——超過(guò)1000秒，這與ITER長(zhǎng)期目標(biāo)的長(zhǎng)脈沖相似。對(duì)我們這樣在ITER的人來(lái)說(shuō)，即使看到它在一個(gè)小得多的設(shè)備上實(shí)現(xiàn)了，也非常欣慰?！?/p>

該研究的合著者宋云濤說(shuō)，超I模式的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是它能夠減少等離子體邊緣的能量泄漏?！叭绻覀儼押司圩兎磻?yīng)比作閃電，我們的目標(biāo)是在磁籠中收集盡可能多的閃電，并以穩(wěn)定和持續(xù)的方式輸出能量，供人類使用?！?/p>

宋說(shuō):“在EAST上發(fā)現(xiàn)的新工作模式使我們能夠在不損壞磁籠的情況下收集更多的閃電，同時(shí)保持長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行?！?/p>

像EAST和ITER這樣的托卡馬克是最有希望實(shí)現(xiàn)可控核聚變的途徑之一。然而，如何創(chuàng)造高性能等離子體，并將其限制在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)以使氫結(jié)合產(chǎn)生凈能量(就像太陽(yáng)發(fā)出光和熱一樣)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

合肥等離子體物理研究所的劉說(shuō)，實(shí)際上，聚變科學(xué)家使用溫度和能量等操作參數(shù)(被稱為“模式”)來(lái)控制等離子體的狀態(tài)。

包括EAST在內(nèi)的大多數(shù)托卡馬克都在H模式下工作，也就是高限制模式。1982年，在德國(guó)的托卡馬克上首次發(fā)現(xiàn)了H模式，它在限制等離子體方面的效率至少是之前低限制模式的100倍，并且使像ITER這樣的大型反應(yīng)堆成為可能。

然而，H模式操作的一個(gè)主要缺點(diǎn)是可能導(dǎo)致等離子體邊緣的能量快速釋放并破壞周圍的材料。近年來(lái)，科學(xué)家們研究了I模式，在這種模式下，核聚變能通過(guò)一個(gè)更連續(xù)的過(guò)程釋放，從而防止破壞表面。

劉說(shuō)，EAST團(tuán)隊(duì)驚訝地發(fā)現(xiàn)，與I模式相比，他們的新模式極大地改善了等離子體核心和邊緣的能量限制，所以他們將其稱為超級(jí)I模。

皮茨指出，目前尚不清楚ITER是否可以在超級(jí)I模下運(yùn)行，因?yàn)檫@種模式只在EAST上出現(xiàn)過(guò)。不過(guò)他說(shuō)，ITER計(jì)劃在類似于 EAST 實(shí)驗(yàn)的“高級(jí)場(chǎng)景”中運(yùn)行。

EAST是世界上第一個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克裝置，也是同類裝置中第一個(gè)以1000秒尺度的脈沖長(zhǎng)度運(yùn)行的托卡馬克。自2006年投入使用以來(lái)，該反應(yīng)堆已經(jīng)在內(nèi)部或與國(guó)際核聚變界進(jìn)行了數(shù)千次實(shí)驗(yàn)。

劉表示，“EAST已經(jīng)成為中外科學(xué)家在等離子體物理、聚變和其他相關(guān)主題上交流和合作的最重要的平臺(tái)之一”。他說(shuō)，美國(guó)能源部將EAST確定為他們?cè)诖偶s束聚變領(lǐng)域的頂級(jí)合作伙伴設(shè)施。