合肥“人造太阳”相关技术取得新进展

近日，合肥综合性国家科学中心能源研究院聚变产业应用研究中心在紧凑环芯部加料多脉冲重复运行技术方面取得了重要进展。未来，该套紧凑环装置将被安装至全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST），推动未来稳态核聚变反应堆芯部加料的工程研究。

EAST，有“人造太阳”之称，其运行原理就是在装置的真空室内加入少量氢的同位素氘或氚，通过类似变压器的原理使其产生等离子体，然后提高其密度、温度使其发生聚变反应，反应过程中会产生巨大的能量。因为反应产生的废物不含有放射性物质，产生的能量被认为是一种清洁、可持续的能源。

在核聚变反应堆运行期间，为了维持和增加等离子体密度，需要采用有效的方法将燃料粒子注入到核聚变反应堆中。将燃料粒子直接注入到核聚变反应堆芯部，可以实现氚自持和高的燃烧率。

紧凑环是一种具有高密度、高速并被自身磁场约束的自组织等离子体团，能够穿透强磁场进入核聚变反应堆芯部，实现芯部加料。因此紧凑环注入技术目前被认为是未来大型托卡马克核聚变反应堆实现芯部加料的一种极具前景的方式。

该中心研究团队采用由引燃管开关触发的脉冲电源系统，成功实现了紧凑环装置的多脉冲重复运行。在平台实验中，成功实现了2Hz的重复频率连续地形成10团紧凑环等离子体。相关研究成果已发表在核聚变领域知名期刊《Fusion Engineering and Design》上。

由于紧凑环形成和加速过程的脉冲特性，其稳态运行是不可能的。因此，需要采用紧凑环的多脉冲重复运行以实现高效加料和密度维持。该次升级的脉冲电源系统采用高功率脉冲技术，结合高时间精度控制系统，由晶闸管多次触发引燃管，实现了紧凑环装置的多脉冲重复运行。

未来，该套紧凑环装置将被安装至EAST托卡马克装置进行加料实验研究。该套多脉冲重复运行的紧凑环装置的成功研制将推动未来稳态核聚变反应堆芯部加料的工程研究。