EAST人造太阳实现密度自由区突破

中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所科研团队日前宣布一项重要研究成果。被称为“人造太阳”的全超导托卡马克核聚变实验装置EAST在最新实验中，首次证实了托卡马克密度自由区的存在，标志着磁约束核聚变研究取得关键突破。

等离子体密度是决定托卡马克装置性能的核心参数之一，直接关系到聚变反应的效率。长期以来，科学家发现等离子体密度存在一个临界值，即密度极限。当密度接近该极限时，等离子体容易发生破裂，脱离磁场控制，导致大量能量瞬间释放至装置内壁，威胁设备安全运行，制约装置向高参数运行发展。

为突破这一瓶颈，研究团队提出了一套全新的理论框架——边界等离子体与壁相互作用自组织模型（PWSO）。依托EAST装置的全金属壁运行条件，研究人员采用电子回旋共振加热与预充气协同启动等先进手段，有效抑制了边界区域杂质的溅射行为，延缓了密度极限的到达时间以及等离子体破裂的发生。

通过精确调控靶板的物理特性，团队成功降低了以钨为主导的杂质溅射水平，使等离子体得以超越传统密度极限，进入此前未被观测到的高密度稳定运行区域，即“密度自由区”。实验数据与PWSO模型的预测高度一致，首次从实验证实了该新运行区的存在。

这一成果不仅为理解等离子体密度极限的物理机制提供了新的视角，也为未来聚变装置实现高密度、长脉冲、稳态运行奠定了坚实的物理基础。相关研究由国内科研机构联合法国高校共同完成，获得国家磁约束聚变专项的持续支持。