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在全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）上取得重要成果，首次通过实验证实了托卡马克“密度自由区”的存在，揭示了“密度极限”的触发机理，为未来聚变堆实现高密度、经济性运行提供了关键物理依据 [1][3] 实验成果与理论突破 - 研究团队基于新发展的边界等离子体与壁相互作用自组织（PWSO）理论模型，发现了边界杂质引发的辐射不稳定性在触发密度极限时的关键作用，并预测了密度极限之外的密度自由区 [3] - 在EAST装置的实验中，通过利用电子回旋共振加热和预充气协同启动等方法，减少了装置边界的杂质溅射，延迟了密度极限的到来和等离子体破裂的发生 [3] - 通过调控靶板的物理条件，降低了靶板钨杂质造成的物理溅射，使等离子体成功突破了密度极限，并平稳进入了预测中的密度自由区，实验结果与PWSO理论预测高度吻合 [3] 研究意义与行业影响 - 该成果为聚变界理解“密度极限”这一长期存在的经验定标提供了重要线索 [1][3] - 对于未来聚变堆，聚变功率与燃料密度的平方成正比，因此高密度运行是提高聚变能经济性的必然选择，该研究为托卡马克实现高密度运行提供了重要的物理依据 [1][3] 研究背景与技术支撑 - “密度极限”是20世纪末发现的纯经验定标，超过该极限的托卡马克运行将引发等离子体破裂，巨大能量会瞬间释放到装置内壁，影响装置的安全运行 [1] - 国际聚变界虽通过完善跨装置经验定标，并在特定条件下获得了超密度极限运行，但对其中的物理机制并不十分清楚 [1] - 研究的顺利完成得益于EAST先进的全金属壁实验平台和开放合作的提案协调机制 [4] - EAST装置近年来在密度、温度、辐射、杂质等参数的精确测量，以及电子回旋共振高效加热技术等方面的升级，为本次研究提供了重要技术保障 [4] 合作与支持 - 该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 [4] - 研究受到了国家磁约束聚变专项的支持 [4]