核心观点 - 中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所等团队宣布，其全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）的实验成果，首次证实了托卡马克密度自由区的存在，找到了突破等离子体密度极限的方法，为磁约束核聚变装置实现高密度运行提供了关键物理依据 [1] 技术突破与实验发现 - 科研团队发展了边界等离子体与壁相互作用自组织（PWSO）理论模型，揭示了边界杂质引起的辐射不稳定性是触发密度极限的关键机理 [5] - 依托EAST全金属壁运行环境，科研人员利用电子回旋共振加热和预充气协同启动等方法降低边界杂质溅射，主动延迟了密度极限和等离子体破裂的发生 [5] - 通过调控靶板的物理条件，降低了靶板钨杂质主导的物理溅射，成功控制等离子体突破了原有密度极限，引导其进入新的密度自由区 [5] - 实验结果与PWSO理论预测高度吻合，首次证实了托卡马克密度自由区的存在 [5] 研究背景与意义 - 等离子体密度是托卡马克性能的关键参数之一，直接影响聚变反应速率 [3] - 过去研究发现，等离子体密度存在一个极限，达到极限后等离子体会破裂并逃脱磁场约束，巨大能量释放到装置内壁，影响装置安全运行 [3] - 国际聚变界长期研究认为，触发密度极限的物理过程发生于等离子体和装置内壁的边界区域，但对其中的具体物理机制并不十分清楚 [3] - 此次创新性工作为理解密度极限提供了重要线索，并为托卡马克高密度运行提供了重要的物理依据 [5] 合作与支持 - 此项工作由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所、华中科技大学、法国艾克斯-马赛大学等单位协作完成 [6] - 研究受到了国家磁约束聚变专项的支持 [6]