DIII-D 研究人员发现磁岛会影响托卡马克中的等离子体稳定性
美国DIII-D国家聚变设施完成了一个重要的里程碑，实现了20万次实验性的“脉冲”测试。这一成就不仅在数字上令人瞩目，更代表了核聚变研究领域的重大进展，为开发清洁、可持续的能源提供了实质性的突破。在这些成就中，中国科学家的贡献不可忽视，他们的工作对于实验的成功至关重要。
首先，DIII-D团队在核聚变领域取得了一个关键性的突破，他们打破了等离子体密度的“极限墙”。核聚变的一个主要挑战是在高密度条件下维持等离子体的稳定性。DIII-D团队通过“邻近控制”算法，成功地在等离子体达到Greenwald密度限制时稳定控制它，实现了超过这一理论上限20%的密度，同时保持了等离子体的高质量约束。这一成就意味着未来的聚变反应堆可以设计得更加紧凑和高效，为聚变能源的经济可行性提供了新的可能性。
其次，DIII-D团队在等离子体边缘创造了全球最强大的“超级H模”聚变等离子体。这种高压状态下的等离子体能够承受更高的密度和温度，通常等离子体边缘的湍流和不稳定性限制了其密度和温度。通过新的磁场配置，DIII-D实现了每立方米10^20个粒子的超高密度，这种极端条件类似于恒星内部，极大地提高了等离子体的稳定性和反应效率，为实验室提供了理想的高压条件，并为未来商用聚变电厂的设计提供了重要参考。
这两项技术突破为聚变反应堆的未来设计和开发提供了坚实的科学基础。传统上，维持高密度和高温等离子体的稳定性是聚变发电面临的主要挑战，而DIII-D的进展表明，通过技术创新和算法优化，可以在不增加设施规模的情况下实现更高的能量输出。这预示着未来的核聚变电厂可能更加小型化、安全且经济。
DIII-D的成就也吸引了业界的关注，例如NVIDIA等公司已经开始利用DIII-D的数据开发“数字孪生”技术，以支持聚变反应堆的实时控制和模拟。这些合作不仅推动了聚变研究的科学进展，也促进了相关技术的商业化。
在这些突破中，中国科学家扮演了重要角色。中国科学院等离子体物理研究所的研究人员参与了实验设计，并负责等离子体边界稳定性和湍流抑制的建模分析，帮助DIII-D实现了更高的密度梯度和稳定的边缘条件，从而创造了高密度、高约束的托卡马克等离子体状态。
DIII-D的研究成就已经超越了实验室的范畴，成为未来能源应用的关键一步。随着全球核聚变试验的不断进步，商业化聚变电厂的实现似乎已不再遥远。这些突破性的成果已于今年4月24日在《自然》杂志上发表。
此外，DIII-D的成就与当前的全球趋势相一致，各国政府和私营公司都在投资数十亿美元用于聚变能源的研究和开发。最近，我们提到过的英国的MAST Upgrade聚变实验启动了一项活动，旨在产生创纪录的1,600个等离子脉冲。几天前，我们也报道过英国的Tokamak Energy公司公布了一项核聚变电厂设计，可以为大约70,000户家庭供电。另一方面，美国的General Atomics公司也在推动核聚变的发展。该公司开发了一个软件平台FUSE，旨在加快和简化核聚变反应堆的开发。
