近日，我校物理學(xué)院PSI&APD團(tuán)隊(duì)桑超峰教授在托卡馬克封閉偏濾器研究方面取得重要進(jìn)展，研究成果連續(xù)發(fā)表在磁約束核聚變頂級(jí)期刊《Nuclear Fusion》上。該工作為大連理工大學(xué)物理學(xué)院桑超峰教授與加拿大多倫多大學(xué)P. C. Stangeby教授，美國(guó)通用原子公司H. Y. Guo研究員等國(guó)際知名專(zhuān)家共同合作成果。
核聚變能最有可能徹底解決未來(lái)能源問(wèn)題，主要裝置為托卡馬克。偏濾器是托卡馬克中用于排除能量和雜質(zhì)粒子的主要部件，其已經(jīng)成為制約聚變能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。為了保證托卡馬克裝置的壽命，需要提高偏濾器能量輻射能力。封閉偏濾器是一種提高偏濾器能量輻射的有效方案。針對(duì)封閉偏濾器，桑超峰教授采用理論模擬方法開(kāi)展了系統(tǒng)的大規(guī)模數(shù)值研究。發(fā)現(xiàn)使用擋板增加偏濾器封閉性，可以促進(jìn)偏濾器區(qū)域中性粒子聚集，提高能量輻射能力，從而降低沉積到偏濾器靶板的能流。該工作于2017年發(fā)表在《Plasma Phys. Control. Fusion》上，并被DIII-D，EAST等國(guó)際重要磁約束核聚變裝置廣泛驗(yàn)證。
在此基礎(chǔ)上，桑超峰教授進(jìn)一步研究了偏濾器對(duì)上游等離子體的影響。發(fā)現(xiàn)放電模式會(huì)影響上游等離子體，其中脫靶放電對(duì)上游產(chǎn)生顯著影響。封閉偏濾器可以同時(shí)降低芯部加料和芯部雜質(zhì)聚集，因此增強(qiáng)芯部—邊界的兼容性。該研究以題為《SOLPS analysis of changes in the main SOL of DIII-D associated with divertor detachment vs attachment and closure vs openness》于2020年4月發(fā)表在《Nuclear Fusion》上。
針對(duì)粒子控制需求，桑超峰教授開(kāi)展了封閉偏濾器抽氣研究。發(fā)現(xiàn)抽氣會(huì)顯著提高等離子體脫靶閾值，抽氣口位置對(duì)等離子體的影響本質(zhì)在于有效粒子排除。抽氣口距離打擊點(diǎn)越近，有效粒子排除越高。該研究對(duì)于先進(jìn)偏濾器中抽氣口位置和抽氣速率的選取具有重要意義。近日，此研究成果以題為《The role of divertor pumping in plasma detachment and particle exhaust in a closed divertor》發(fā)表在《Nuclear Fusion》上。該系列研究對(duì)于未來(lái)聚變堆的能量和粒子控制、等離子體長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)態(tài)運(yùn)行具有重要價(jià)值。
《Nuclear Fusion》為核聚變頂級(jí)期刊（Nuclear Fusion is a leading journal in the field），主要刊登核聚變領(lǐng)域重要理論模擬、實(shí)驗(yàn)診斷和工程技術(shù)等成果，由國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)IAEA主辦，英國(guó)物理學(xué)會(huì)（IOP）出版。該系列研究成果第一及通訊作者均為桑超峰教授。
主要合作者簡(jiǎn)介：
P. C. Stangeby，加拿大多倫多大學(xué)教授，加拿大皇家科學(xué)院院士
H. Y. Guo，美國(guó)通用原子公司研究員，美國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)士
王德真，大連理工大學(xué)教授
王亮，中科院等離子體物理研究所研究員
H. Q. Wang，美國(guó)通用原子公司研究員
相關(guān)工作得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金委支持。
論文鏈接：
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