这种“太阳耀斑”伤不起？办它！

(记者丁佳)太阳耀斑是一种强烈的太阳活动现象，它会给人类的航天、通信和航海带来诸多影响。事实上，地球上还有一种“太阳耀斑”。它给人类带来麻烦的能力不亚于天空中的大火球。

在被称为“人造太阳”的托卡马克核聚变实验装置(EAST)中，高度受限等离子体的边界区域周期性地表现出称为边界局域模(ELM)的不稳定性。ELM在很大程度上类似于太阳耀斑。它的爆炸会导致等离子体能量和粒子的瞬间释放，喷射出强大的热脉冲，腐蚀器件内壁，甚至导致材料熔化，并产生大量杂质粒子污染聚变堆堆芯的等离子体，使聚变堆难以长时间稳定运行。

“未来，聚变反应堆需要将ELM带来的瞬态热负荷降低至少20倍，才能稳定运行。”中国科学院合肥材料科学研究所EAST团队负责人、研究员万宝年表示:“因此，探索一种无ELM或有小范围ELM及其物理机制的高约束运行模式，不仅是一个重大的科学前沿问题，也是我们面临的严峻挑战。”

最近，中国科学院合肥等离子体物理研究所EAST团队在前期研究的基础上，开发了高性能稳态等离子体运行模式，并系统验证了其与未来聚变堆某些运行条件的兼容性。相关结果最近发表在《物理评论快报》上。

这种模式称为杂草型小振幅边界局域模式，其瞬态热负荷通常低于常规大振幅ELM的1/20。它被国际核聚变界认为是未来强磁场稳态聚变反应堆的“明日之星”。

然而，尽管这种“杂草”模式已经在其他国际托卡马克中被观察到，但其机理和获取条件还没有被清楚地理解，科学家很难稳定地获取这种操作模式。

为了应对这个问题，等离子体研究所的万宝年和徐国盛等人带领科研人员解决了这个问题。在类似于未来聚变反应堆的金属壁、低旋转和电子主导加热的物理条件下，这种“杂草”模式的高性能稳态操作被稳定地重复，从而确认了获得这种模式的物理条件。

“我们发现较高的刮削层密度和较宽的边界基台是形成这种运动模式的关键因素。”徐国盛说。他们还通过实验验证了它与未来稳态聚变堆的许多特殊要求的兼容性。

值得一提的是，实验还发现这种模式具有很强的去除杂质的能力，特别适合实现高性能等离子体的长期稳定运行。因此，这种运行方式为解决聚变堆瞬态热负荷的瓶颈问题，实现聚变堆的稳定运行提供了一种潜在的新方案。

EAST是世界上第一个非圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置，是中国自主设计和建造的。自2010年获得高度受限等离子体以来，该团队一直致力于为聚变反应堆的高度受限稳态运行提供解决方案。在过去的9年里，该装置连续打破了高度受限等离子体运行时间的世界纪录，并在实现超过100秒量级的国际高度受限稳态运行方面处于领先地位。

相关论文信息:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.255001