01 人造太阳重大成果

4月12日晚21时，正在运行的世界首个全超导托卡马克EAST装置（又称“人造太阳”）获重大成果——成功实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，这创造了托卡马克装置高约束模式运行新的世界纪录。

据悉，中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所EAST大科学团队解决了长时间尺度下的等离子体位形约束、高功率射频波加热与电流驱动、等离子体与壁相互作用、关键分布参数的实时诊断等系列前沿物理和技术集成问题，最终实现了403秒高约束模等离子体运行。

EAST物理实验取得的系列重大突破，完全验证了EAST全超导托卡马克装置高参数长脉冲稳态运行的能力，进一步验证了未来聚变实验堆高约束模式稳态运行的可行性。同时，也对探索未来聚变堆前沿物理问题，提升核聚变能源经济性、可行性，加快实现聚变能应用具有重要意义。

近年来，在国家发改委、科技部、中科院、基金委等项目资助下，以及安徽省、合肥市、合肥综合性国家科学中心等大力支持下，EAST装置性能不断提升，装置运行区间不断扩展，取得了多项国际托卡马克运行的重大标志性成果。EAST装置取得的系列重大创新成果，为国际热核聚变实验堆ITER运行和我国自主建设运行聚变堆提供重要实验基础。

02 什么是“高约束运行”？

高约束运行模式（H 模）是未来聚变堆（如国际热核聚变实验堆（ITER）、中国聚变工程试验堆（CFETR）等）稳态运行的一个基本模式。

通常的H模面临的最大挑战之一是高约束条件下边缘局域模（ELM: Edge Localized Mode）引起的等离子体边缘区温度、密度台基的周期性突发式崩塌。这些崩塌过程释放的强脉冲热流会导致偏滤器热负荷过载、靶板材料溅射损伤甚至融化；不仅引起偏滤器靶板的损坏，而且可能导致大量高原子序数杂质进入芯部等离子体引起大破裂（Major Disruption）。

例如，数值估算ITER的ELM爆发所释放的热流强度甚至可达100MW/m2, 而目前已知的偏滤器材料能承受的最大热负荷仅为10 MW/m2，二者相差一个数量级！这无疑对磁约束聚变能源的实现是极大的挑战。

近年来，国内外主要托卡马克装置实验中发现了在某些条件下H模运行可以进入一种几乎无崩塌状态，即QH模（Quiescent H-mode）。这为解决偏滤器热负荷过载问题提供了一条可供选择的途径。因此，如何理解QH模的形成机制成为当前磁约束等离子体物理研究的一个关键科学问题。

ShoelessCai 评注，该实验主要想说明，稳定态持续时间越久，越接近应用极限。点击《 应对未来聚变堆高约束运行的重大挑战—— 北京大学等离子体团队郭志彬等在托卡马克高约束模式研究中取得重要进展 》，获取更多信息。

03 高约束运行历史记录

2016年8月，启动的新一轮物理实验中，EAST团队通过进一步优化长脉冲时间尺度下的稳态运行集成控制，于10月中旬获得超过60秒的稳态高约束模等离子体，不仅在等离子体参数、约束性能和维持时间长度上全面、大幅度超过2012年结果，更具有如下特色：

1.实现完全的非感应电流驱动（稳态、环电压为零），为未来拓展到更长脉冲奠定了物理和运行基础；

2.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；

3.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；

4.等离子体能量约束增强因子H98达到1.1，高于ITER的基准运行模式的H98=1；

5.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；

6.实现等离子体运行的软着陆。

点击 《 EAST物理实验实现世界最长稳态高约束模 》。