日前，位于安徽合肥科学岛的中国"人造太阳"全超导托卡马克核聚变实验装置EAST物理实验，基于边界等离子体与壁相互作用自组织理论，证实了托卡 马克密度自由区的存在。相关成果2026年1月1日在国际学术期刊《科学进展》发表。 对于未来聚变堆，聚变功率正比于燃料密度的平方，因此高密度运行是提高聚变能经济性的必然选择。"密度极限"是上世纪末发现的纯经验定标，接近密 度极限的托卡马克运行将引发等离子体破裂，巨大的能量会瞬间释放到装置内壁，影响装置的安全运行。国际聚变界完善了跨装置的经验定标，并在芯部 弹丸注入等特定条件下获得了超密度极限运行，逐步明确触发密度极限的物理过程发生于边界区域，但对其中的物理机制并不十分清楚。 在本项工作中，研究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，指出了边界辐射在密度极限触发中的关键作用，解析出了辐射不 稳定性边界；揭示了密度极限的触发机理，预测了密度极限之外的密度自由区。实验上依托EAST全金属壁运行环境，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。实验上通过控制靶板的物理条件，降低了靶板钨杂质主导的物理溅射 ...

文章核心观点 - 中国“人造太阳”EAST实验装置的研究团队，基于其发展的边界等离子体与壁相互作用自组织理论，首次在实验上证实了托卡马克“密度自由区”的存在，为理解并突破限制聚变堆经济性运行的“密度极限”提供了关键物理依据和实验验证 [1][5][6] 理论与机制突破 - 研究团队发展了边界等离子体与壁相互作用自组织理论模型，指出边界辐射在密度极限触发中的关键作用，并解析出辐射不稳定性边界 [5] - 该理论揭示了密度极限的触发机理，并预测了在传统经验密度极限之外，存在一个“密度自由区” [5] - 对于未来聚变堆，聚变功率正比于燃料密度的平方，因此实现高密度运行是提高聚变能经济性的必然选择 [3] - “密度极限”是一个纯经验定标，接近该极限运行会引发等离子体破裂，瞬间释放的巨大能量将影响装置安全运行 [3] 实验方法与成果 - 实验依托EAST全金属壁运行环境，采用电子回旋共振加热和预充气协同启动等方法，以降低边界杂质溅射，主动延迟了密度极限和等离子体破裂的发生 [5] - 通过控制靶板的物理条件，降低了靶板钨杂质主导的物理溅射，成功引导等离子体突破传统密度极限，进入新的密度自由区 [5][6] - 实验结果与PWSO理论预测高度吻合，首次在实验上证实了托卡马克密度自由区的存在 [6] - 相关成果已于2026年1月1日发表在国际学术期刊《科学进展》上 [1] 行业意义与影响 - 这项创新性工作为理解“密度极限”这一长期困扰国际聚变界的物理问题提供了重要线索 [6] - 该研究为托卡马克装置实现高密度、安全运行提供了重要的物理依据 [6] - 国际聚变界此前已完善了跨装置的经验定标，并在特定条件下获得了超密度极限运行，逐步明确触发过程发生于边界区域，但对其中物理机制并不十分清楚 [3]