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【中国“人造太阳”发现超级I模！法国表示欣慰，美国视为顶级合作】我国“人造太阳”项目的研究人员发现了一种前所未有的等离子体运行模式 ， 可以更加稳定、有效地产生核聚变能源 。 研究人员表示 ， 这一突破可以让未来的聚变实验为人类创造一种安全清洁 ， 并且近乎无限的能源 。
2021年12月 ， 在合肥实验先进超导托卡马克（EAST）反应堆创纪录的17分钟运行期间 ， 研究人员首次发现了“超级I模” 。
中国科学院等离子体物理研究所的团队及其来自美国、欧洲和日本等国的合作者写道 ， 利用磁场将自由移动的电子和氢离子组成的等离子体带电气体加热至7000万摄氏度 ， 实现了等离子体更深处和等离子体边缘的高能量限制 ， 这一运行具有里程碑式意义 。
他们写道 ， 进一步的实验表明 ， 这种新模式在国际热核实验反应堆(ITER)的应用中表现出巨大的潜力 。 ITER是目前正在法国建设的世界上最大的聚变反应堆 。
领导ITER实验和等离子体操作的物理学家皮茨说：“EAST实验的意义在于 ， 他们首次证明了托卡马克等离子体可以持续和控制非常长的脉冲——超过1000秒 ， 这与ITER长期目标的长脉冲相似 。 对我们这样在ITER的人来说 ， 即使看到它在一个小得多的设备上实现了 ， 也非常欣慰 。 ”
该研究的合著者宋云涛说 ， 超I模式的一个主要优势是它能够减少等离子体边缘的能量泄漏 。 “如果我们把核聚变反应比作闪电 ， 我们的目标是在磁笼中收集尽可能多的闪电 ， 并以稳定和持续的方式输出能量 ， 供人类使用 。 ”
宋说:“在EAST上发现的新工作模式使我们能够在不损坏磁笼的情况下收集更多的闪电 ， 同时保持长时间的稳态运行 。 ”
像EAST和ITER这样的托卡马克是最有希望实现可控核聚变的途径之一 。 然而 ， 如何创造高性能等离子体 ， 并将其限制在足够长的时间内以使氢结合产生净能量（就像太阳发出光和热一样）仍然是一个挑战 。
合肥等离子体物理研究所的刘说 ， 实际上 ， 聚变科学家使用温度和能量等操作参数（被称为“模式”）来控制等离子体的状态 。
包括EAST在内的大多数托卡马克都在H模式下工作 ， 也就是高限制模式 。 1982年 ， 在德国的托卡马克上首次发现了H模式 ， 它在限制等离子体方面的效率至少是之前低限制模式的100倍 ， 并且使像ITER这样的大型反应堆成为可能 。
然而 ， H模式操作的一个主要缺点是可能导致等离子体边缘的能量快速释放并破坏周围的材料 。 近年来 ， 科学家们研究了I模式 ， 在这种模式下 ， 核聚变能通过一个更连续的过程释放 ， 从而防止破坏表面 。
刘说 ， EAST团队惊讶地发现 ， 与I模式相比 ， 他们的新模式极大地改善了等离子体核心和边缘的能量限制 ， 所以他们将其称为超级I模 。
皮茨指出 ， 目前尚不清楚ITER是否可以在超级I模下运行 ， 因为这种模式只在EAST上出现过 。 不过他说 ， ITER计划在类似于 EAST 实验的“高级场景”中运行 。
EAST是世界上第一个全超导托卡马克装置 ， 也是同类装置中第一个以1000秒尺度的脉冲长度运行的托卡马克 。 自2006年投入使用以来 ， 该反应堆已经在内部或与国际核聚变界进行了数千次实验 。
刘表示 ， “EAST已经成为中外科学家在等离子体物理、聚变和其他相关主题上交流和合作的最重要的平台之一” 。 他说 ， 美国能源部将EAST确定为他们在磁约束聚变领域的顶级合作伙伴设施 。
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