雜質氣體降低人造太陽鎢偏濾器熱負荷

爲了降低托卡馬克裝置（俗稱“人造太陽”）鎢偏濾器靶板的熱負荷，中國科學院合肥物質科學研究院楊鐘時課題組表示可以在邊界適當引入雜質，通過輻射和電荷交換降低靶板表面附近的電子溫度。相關研究成果以“Comparison of pertor behavior and plasma confinement between argon and neon seeding in EAST”爲題發表在Nuclear Fusion上。

托卡馬克裝置的高功率長脉衝運行將導致打到偏濾器靶板的粒子流和熱流增大，從而使靶板表面受到强烈的濺射刻蝕，靶板熱負荷將超過部件能承受的數倍。然而，靶板損傷産生的雜質可能輸運到芯部，影響聚變等離子體品質，增加穩定控制等離子體的難度。

因此，爲了降低靶板的濺射和表面熱沉積，研究人員連續幾年在托卡馬克裝置上開展了輻射偏濾器實驗，研究了不同充氣位置、不同充氣種類（Ne、Ar、D2）注入對鎢偏濾器等離子體行爲及粒子流和熱流分布的影響。

研究表明，通過Ar和Ne的注入，實現了上外偏濾器打擊點附近的部分能量脫靶，材料濺射也得到了很好地抑制。不過，目前的人造太陽不論是Ar或Ne從上外偏濾器注入時，上內偏濾器打擊點附近的電子溫度均維持在10eV以上，未能實現脫靶，無法充分保護上內偏濾器靶板表面。此外，在Ar注入實現部分能量脫靶時，芯部約束有所下降，而對于Ne注入，芯部約束則提升10%左右。

相關研究成果爲實現幷維持鎢偏濾器條件下的穩態等離子體、解决靶板的穩態熱負荷和濺射刻蝕問題、保障托卡馬克裝置在高功率長脉衝條件下的穩定運行提供了可供參考的物理實驗方案。

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