近日，合肥綜合性國(guó)家科學(xué)中心能源研究院聚變產(chǎn)業(yè)應(yīng)用研究中心在緊湊環(huán)芯部加料多脈沖重復(fù)運(yùn)行技術(shù)方面取得了重要進(jìn)展。 未來(lái)，該套緊湊環(huán)裝置將被安裝至全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置（EAST），推動(dòng)未來(lái)穩(wěn)態(tài)核聚變反應(yīng)堆芯部加料的工程研究。

EAST，有“人造太陽(yáng)”之稱(chēng)，其運(yùn)行原理就是在裝置的真空室內(nèi)加入少量氫的同位素氘或氚，通過(guò)類(lèi)似變壓器的原理使其產(chǎn)生等離子體，然后提高其密度、溫度使其發(fā)生聚變反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生巨大的能量。因?yàn)榉磻?yīng)產(chǎn)生的廢物不含有放射性物質(zhì)，產(chǎn)生的能量被認(rèn)為是一種清潔、可持續(xù)的能源。

在核聚變反應(yīng)堆運(yùn)行期間，為了維持和增加等離子體密度，需要采用有效的方法將燃料粒子注入到核聚變反應(yīng)堆中。將燃料粒子直接注入到核聚變反應(yīng)堆芯部，可以實(shí)現(xiàn)氚自持和高的燃燒率。

緊湊環(huán)是一種具有高密度、高速并被自身磁場(chǎng)約束的自組織等離子體團(tuán)，能夠穿透強(qiáng)磁場(chǎng)進(jìn)入核聚變反應(yīng)堆芯部，實(shí)現(xiàn)芯部加料。因此緊湊環(huán)注入技術(shù)目前被認(rèn)為是未來(lái)大型托卡馬克核聚變反應(yīng)堆實(shí)現(xiàn)芯部加料的一種極具前景的方式。

該中心研究團(tuán)隊(duì)采用由引燃管開(kāi)關(guān)觸發(fā)的脈沖電源系統(tǒng)，成功實(shí)現(xiàn)了緊湊環(huán)裝置的多脈沖重復(fù)運(yùn)行。在平臺(tái)實(shí)驗(yàn)中，成功實(shí)現(xiàn)了2Hz的重復(fù)頻率連續(xù)地形成10團(tuán)緊湊環(huán)等離子體。相關(guān)研究成果已發(fā)表在核聚變領(lǐng)域知名期刊《Fusion Engineering and Design》上。

由于緊湊環(huán)形成和加速過(guò)程的脈沖特性，其穩(wěn)態(tài)運(yùn)行是不可能的。因此，需要采用緊湊環(huán)的多脈沖重復(fù)運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)高效加料和密度維持。該次升級(jí)的脈沖電源系統(tǒng)采用高功率脈沖技術(shù)，結(jié)合高時(shí)間精度控制系統(tǒng)，由晶閘管多次觸發(fā)引燃管，實(shí)現(xiàn)了緊湊環(huán)裝置的多脈沖重復(fù)運(yùn)行。

未來(lái)，該套緊湊環(huán)裝置將被安裝至EAST托卡馬克裝置進(jìn)行加料實(shí)驗(yàn)研究。該套多脈沖重復(fù)運(yùn)行的緊湊環(huán)裝置的成功研制將推動(dòng)未來(lái)穩(wěn)態(tài)核聚變反應(yīng)堆芯部加料的工程研究。

合報(bào)科學(xué)+融媒體工作室

合肥通客戶(hù)端-合報(bào)全媒體記者 劉小容 實(shí)習(xí)生 郝樂(lè)田雨