如何评价我国「人造太阳」EAST 创造的 101.2 秒稳态长脉冲高约束等离子体运行新纪录?(人造太阳用什么承载温度)

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杨文:东方超环实现百秒高约束运行 离“人造太阳”更进一步

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刚看到李建刚院士的一段话,复制过来:

距离CFETR的要求差距较大,主要是总功率,聚变三重积差的太多,这样对材料的辐照损伤弱的多。但在物理上意义比较大,在环电压为零(稳态)的情况下,热流、粒子流、约束、位型等都得到稳定控制,特别是钨偏滤器壁温在20秒以后达到稳定,保持不变,这些都是未来ITER和CFETR要面临的问题。重要的是未来不是100秒,是想多长就多长,这个还是比较困难。最重要的是控制粒子于材料的相互作用。

———–原始回答———–

谢谢邀请。

昨天晚上刚出的试验结果,这个问题来得很及时。

———–简要回答———–

如何评价我国「人造太阳」EAST 创造的 101.2 秒稳态长脉冲高约束等离子体运行新纪录?(人造太阳用什么承载温度)

图片来自高翔老师,试验参数见上图最后。

本次试验最大的特点,是实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行,在目前现有运行的大型托卡马克装置上,这是第一次,也是世界纪录。

问题中提到的去年102秒放电,并不是H模,我记得当初的实验目的是为了实现高电子温度,使中心电子温度超过了五千万度。

另外,放电时间和能量约束时间是两个不同的概念,不能混淆。如果单独说放电时间,等离子体所曾经实现了400秒的放电。

———–扩展阅读———–

这涉及到了几个问题:

1.什么是高约束运行模式

有高约束模式自然就有低约束模式,“高”与“低”是约束能力上的相对而言。

无论是“高”还是“低”,外部的辅助加热功率越大,等离子体的能量约束时间都是越短的。但是,高约束模式的衰减率比低约束模式小得多,这个比值用 H表示,称为改进因子。也就是说在外部相同的辅助加热功率条件下, 则高约束模式下的能量约束时间是低约束模式下的 H 倍。

在这次试验中,约束改善因子H98y2大于1.1,高于ITER的基准运行模式的H98=1。

2.为什么要达到高约束运行模式?

像刚才所说,等离子体的能量约束时间是随外部辅助加热功率的增加而缩短的, 加热功率越大,等离子体能量损失反而越快。打个比方,就像往一个有漏洞的水缸倒水,倒得越快反而漏的更多,最终的结果就是池子里的水反而变少了。

所以简单来说,在高约束运行模式下,等离子体约束变好了, 而且从等离子体损失到第一壁的粒子数减少,从而减少了杂质和能量损失。

而它对于聚变堆来说有更大的意义,因为这可以大幅度降低聚变装置的规模和造价。

在此引用董家齐老师的报告内容:

如果(ITER)采用低约束运行模式,即根据低约束模式的能量约束时间定标设计,则装置规模将十分庞大,预计耗资约为 100 亿美元,参加各方政府都难以接受。后来采用高约束运行模式,即根据高约束模式的能量约束时间定标设计,再加上其他修改,装置规模大大减小,建造费用也降到 50 亿欧元,很快为各方政府所接受。

降低难度还省钱,对科学家们来说这简直就是天大的好事。

首次发现高约束运行模式的德国物理学家F. Wagner也因此在 2007 年获得了由欧洲物理学会等离子体物理分会颁发的阿尔芬奖。

3.为什么这次试验能达到101秒?

由于这次的试验结果还刚刚出来,相关论文要几个月后可能才能见刊,具体细节要到时候才知道。但根据以往的一些文献和报告,还是能推测一些。

2016年四月,我在北大听了万元熙院士的报告,内容之一便是EAST的长脉冲H模运行。其中有几个要点:

完全的非感应电流驱动(稳态、环电压为零);利用低杂波、电子回旋和离子回旋三套加热系统之间的有效耦合,实现纯射频波加热的高约束模加热模式;在分钟量级验证EAST装置上ITER-like水冷钨偏滤器的运行能力,为ITER钨偏滤器运行提供了重要参考;等离子体能量约束增强因子H98达到1.1;实现全程无大幅度边界局域模(ELMs),有效控制了偏滤器靶板的峰值热流和钨杂质返流;实现等离子体运行的软着陆。

今天等离子体所新发的新闻稿也都提到了这几点,相信大的技术路线并没有改变。

———–一点感想———–

[视频]我国“人造太阳”装置取得重大突破_CCTV节目官网-CCTV-1_央视网(cctv.com)

http://app.cntv.cn/special/news/column/index.html?id=e020c828303f4be09f6cafd259370136&no=0&fromapp=cctvnews&from=groupmessage&isappinstalled=0

我正在写这个回答的时候被告知已经上新闻联播了,从昨晚10点过得到试验结果到今天上新闻还不到24小时,报道非常及时,这几年也感觉到科普工作的明显加强,李建刚院士也上了好几次央视了,这自然对中国的核聚变事业的发展是好事。

去年10月中旬的时候,EAST获得超过60秒的稳态高约束模等离子体,我和同学还说希望今年年中试验能到70秒,结果昨天晚上刘子奚老师在群里发出100秒的数据图时,大家都喜出望外,纷纷道贺。

最近几天我国的科技发生了一些令人遗憾的事,希望这次的实验结果能作强心针,振奋人心吧。

2013年,中性束引出超100秒;

2016年,电子温度过5000万度超100秒;

2017年,高约束模运行超100秒;

接下来是什么?

———–最后瞎扯———–

我知道你们又要问什么时候能发电了,总之,要有爱。

@sym cheng
如何评价我国「人造太阳」EAST 创造的 101.2 秒稳态长脉冲高约束等离子体运行新纪录?(人造太阳用什么承载温度)

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