杂质气体降低人造太阳钨偏滤器热负荷

为了降低托卡马克装置（俗称“人造太阳”）钨偏滤器靶板的热负荷，中国科学院合肥物质科学研究院杨钟时课题组表示可以在边界适当引入杂质，通过辐射和电荷交换降低靶板表面附近的电子温度。相关研究成果以“Comparison of pertor behavior and plasma confinement between argon and neon seeding in EAST”为题发表在Nuclear Fusion上。

托卡马克装置的高功率长脉冲运行将导致打到偏滤器靶板的粒子流和热流增大，从而使靶板表面受到强烈的溅射刻蚀，靶板热负荷将超过部件能承受的数倍。然而，靶板损伤产生的杂质可能输运到芯部，影响聚变等离子体品质，增加稳定控制等离子体的难度。

因此，为了降低靶板的溅射和表面热沉积，研究人员连续几年在托卡马克装置上开展了辐射偏滤器实验，研究了不同充气位置、不同充气种类（Ne、Ar、D2）注入对钨偏滤器等离子体行为及粒子流和热流分布的影响。

研究表明，通过Ar和Ne的注入，实现了上外偏滤器打击点附近的部分能量脱靶，材料溅射也得到了很好地抑制。不过，目前的人造太阳不论是Ar或Ne从上外偏滤器注入时，上内偏滤器打击点附近的电子温度均维持在10eV以上，未能实现脱靶，无法充分保护上内偏滤器靶板表面。此外，在Ar注入实现部分能量脱靶时，芯部约束有所下降，而对于Ne注入，芯部约束则提升10%左右。

相关研究成果为实现幷维持钨偏滤器条件下的稳态等离子体、解决靶板的稳态热负荷和溅射刻蚀问题、保障托卡马克装置在高功率长脉冲条件下的稳定运行提供了可供参考的物理实验方案。

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