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日前，從依托我校核科學技術(shù)學院建設(shè)的合肥綜合性國家科學中心多途徑磁約束核聚變研究中心傳來消息：該團隊自主設(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)堆芯部強磁場約束的高溫等離子體中，現(xiàn)有的傳統(tǒng)加料方式（如彈丸和超聲分子束等）受限于彈丸材質(zhì)及低速等因素，難以直接注入到芯部，新型聚變反應(yīng)堆加料方式的探索探究勢在必行。據(jù)緊湊環(huán)實驗負責人蘭濤副教授介紹，緊湊環(huán)（compact torus，CT）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、密度大和速度高的突出優(yōu)點，可為極強磁場大型托卡馬克（如ITER和CFETR）芯部加料難題提供解決方案。另外還可以通過精確控制注入量和注入深度，實現(xiàn)調(diào)節(jié)等離子體密度與壓力剖面、優(yōu)化等離子體電流分布及改善約束的目標。

在本輪實驗中，由多途徑磁約束核聚變研究團隊研制的緊湊環(huán)注入系統(tǒng)(KTX-CTI)被安裝至科大反場箍縮磁約束聚變實驗裝置(Keda Torus eXperiment, KTX)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。KTX-CTI緊湊環(huán)注入系統(tǒng)總長3米，由兩套20千伏高壓脈沖電源進行雙電源驅(qū)動，電源短路最大電流達550千安；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行實時等離子體電子密度和注入速度診斷。在KTX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)等離子體已經(jīng)穿透強磁場實現(xiàn)與主等離子體的融合達到加料效果。實驗?zāi)壳耙呀?jīng)實現(xiàn)了最高注入速度285千米每秒、等離子體最大密度1.2×1022每立方米和最大粒子數(shù)達7.1×1019，指標躋身國際前列。

未來多途徑磁約束核聚變研究團隊將聚焦緊湊環(huán)注入在反應(yīng)堆芯部加料關(guān)鍵問題上的研發(fā)，在國內(nèi)大科學工程上開展相關(guān)工作，為磁約束聚變裝置芯部加料提供基礎(chǔ)實驗支撐。

(核科學技術(shù)學院)