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收获的季节（之一）——DIIID-东方超环（EAST）联合实验取得成果: 热度 7 等离子体科学 2013-9-29 10:04; 秋天是收获的季节。国庆将临，Outline一下这一段我们这个领域同行们的收获。据等离子体所龚先祖研究员写的报告：月前（8月下旬），中科院等离子体所的实验团队在美国通用原子能公司（GA，General Atomics）磁约束聚变部同行们的协助下，仿照“东方超环”（EAST，中科院等离子体所自己设计建造的世界上第一个非圆截面全超导托卡马克装置）2014年的实验条件，在GA的DIII-D托卡马克上进行了一轮物理实验。成功实现了与EAST参数等效的旋转扭矩注入（～3 N × m ）及相同电流爬升率条件下（～0.25 MA/s），具有内部输运垒（径向位置大约在r/a 0.6，a是等离子体半径）的高比压（归一化的等离子体压强与磁压强之比beta_N = 3-4）、高自举电流份额（60%-85%）、超宽电流分布（芯部安全因子q_min最高接近5，在r/a 0.6的区间有一个平缓的分布）的运行，得到密度达到接近Greenwald密度极限，约束改善因子H_89（相比低约束模式的约束改善倍数）大于2的主要靠非感应电流维持的高性能等离子体，维持时间5秒。并进一步在电子回旋的辅助下实现了电子温度接近离子温度的运行状态（T_e～T_i 2.5 keV）；还通过早期的ECCD（Electron Cyclotron Current Driven, 电子回旋波电流驱动）控制等离子体上升段的电流分布和改善稳定性，减少了电流爬升段欧姆电流份额（对全超导装置来说，可以大大降低对极向场电源和磁体的要求）。这次实验验证了主要依靠自举电流的托卡马克高性能稳态运行的可行性。运行模式具有较高芯部安全因子（q min 2.5），可以：1）避免了最具破坏性的磁流体不稳定性（特别是q=1的锯齿模和q=3/2, q=2的低模数新经典撕裂模）；2）具有芯部和边界双输运垒，保证了高约束性能；3）利用边缘局域模（ELM）触发输运垒的周期性崩塌，使芯部聚集的杂质得以排除；从而为达到高参数稳态运行提供可行途径。EAST将使用高功率（10MW）的低杂波取代DIII-D上的离轴中性束来实现这种运行状态，并力争维持到物理意义上的稳态运行。等离子体所所长李建刚研究员认为：ITER 第一阶段的运行模式（Operation Scenario）是Q=10，加热功率P=500MW，运行时间400秒的Type-I ELMy H Mode。这种模式运行时间主要利用变压器的伏秒数维持，从科学上讲无法实现连续稳态运行，不能推广到DEMO。对材料与等离子体相互作用验证也不够充分。对磁约束聚变的三大挑战：燃烧等离子体物理、稳态运行、聚变材料，只能研究燃烧等离子体物理问题。这次DIII-D-EAST联合实验，主要是模拟ITER 第二阶段的稳态运行模式（Q=5， P=365MW， beta_N =3, 自举电流份额～50%, 运行时间：3000秒-稳态运行）。这是对未来DEMO运行进行探索研究的模式之一。是一个非常鼓舞人心的进展。EAST 有全超导的优势，可以实现更长脉冲。这时最大的挑战可能会是在长脉冲条件下接近Greenwald 密度极限时如何控制边界再循环和壁饱和问题。这是30秒时间尺度数量级的物理问题，时间尺度比DIII-D高参数等离子体维持时间长，要完全在EAST上来做研究。所以下一步轮到GA的人来EAST有做联合实验。 ——笔者个人觉得，这是真正世界前沿的工作。我们期待明年EAST的20MW加热都上去之后，取得更鼓舞人心的成果！; 个人分类: 学海无涯|10515 次阅读|13 个评论

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