在托卡馬克核聚變實驗裝置中，高約束等離子體的邊界區(qū)域會周期性地爆發(fā)出一種稱為邊界局域模(ELM)的不穩(wěn)定性。大幅度ELM類似太陽耀斑爆發(fā)，造成等離子體能量和粒子的瞬間釋放，噴射出強大的熱脈沖，侵蝕裝置的內(nèi)壁，甚至導致材料的熔化，并產(chǎn)生大量雜質(zhì)粒子污染聚變堆芯部等離子體，制約聚變堆長時間穩(wěn)態(tài)運行。
在未來聚變堆上，需要將ELM帶來的瞬態(tài)熱負荷降低至少20倍，這是國際熱核聚變實驗堆ITER面臨的一個嚴峻挑戰(zhàn)，探索無ELM或具有小幅度ELM的高約束運行模式及其物理機制，是磁約束聚變研究的一個重大科學前沿問題。
Grassy ELM是一種特殊的自發(fā)高頻小幅度ELM，它帶來的瞬態(tài)熱負荷通常低于常規(guī)大幅度ELM的1/20，但其機理和獲得條件不清楚，國際一些主流托卡馬克上一直難以穩(wěn)定地獲得這種運行模式。在未來聚變堆上，能否穩(wěn)定可靠地獲得這種運行模式，是國際聚變界亟待回答的問題。
EAST團隊在與未來聚變堆類似的金屬壁、低旋轉、電子主導加熱等物理條件下，確認了獲得這一模式的物理條件。他們在實驗中首次揭示出Grassy ELM形成的內(nèi)在動力學機制，并發(fā)現(xiàn)它對雜質(zhì)具有很強的排出能力，特別適合實現(xiàn)高性能等離子體的長時間穩(wěn)態(tài)運行。這一運行模式為解決聚變堆瞬態(tài)熱負荷瓶頸問題，實現(xiàn)聚變堆的穩(wěn)態(tài)運行提供了一種潛在的新方案。
據(jù)悉，我國正在開展1GW聚變功率的聚變工程實驗堆CFETR的集成工程設計，這種運行模式的等離子體部分歸一化參數(shù)與CFETR的設計參數(shù)接近，為應用于未來ITER和CFETR高性能穩(wěn)態(tài)運行模式奠定了物理基礎。
