为“人造太阳”补充燃料 中核集团核聚变加料技术取得突破

北极星核电网讯:等离子体加料为聚变反应补充燃料，是磁约束聚变的一项关键技术。日前，我国对磁约束聚变领域的原创性贡献——超声分子束注入（SMBI）加料技术取得新突破：中核集团核工业西南物理研究院科研团队对SMBI注入的超声过程开展了研究，首次获得了高真空条件下的超声分子束束流特性，该进展为提升SMBI注入器性能，研制磁约束聚变装置先进加料技术提供了支撑。

（来源：微信公众号“中核集团” ID：cnncgzwx 作者：核西物院）

SMBI束流特性的测量与研究是提升加料系统能力和拓展其应用需要解决的关键问题。由于SMBI束流是工作在真空条件下的超声速透明介质，常规技术无法直接捕获其束流情况。超声分子束团队研制了高灵敏度、高时间分辨的、可对透明介质直接成像的诊断技术，首次获得了真空条件下的SMBI束流特性，这与理论模型预测一致。该可视化成像技术为优化注入器，提升聚束特性，提高加料效率提供了关键基础。本研究获得了中核集团首批“青年英才计划”项目的资助。

根据聚变点火条件要求，受控核聚变向外净输出能量需要达到一定的等离子体密度、温度和能量约束时间。其中，等离子体密度主要通过加料手段来控制。常用的磁约束聚变装置加料手段主要有以下三种：普通送气、燃料弹丸注入以及超声分子束注入。其中普通送气主要是利用气体扩散的方式将燃料气体送入等离子体真空容器腔室。燃料弹丸注入的方式是将燃料气体冷冻成固体状，然后注入等离子体中。超声分子束注入是核工业西南物理研究院原创的加料技术，是高压气体通过拉瓦尔喷嘴进入真空室形成超声分子束进行加料的方法。

目前，超声分子束注入加料技术已在国内外10余个聚变实验装置上得到应用，如我国的中国环流器一号（HL-1）、东方超环（EAST）、中美联合托卡马克（J-TEXT），以及法国的Tore-Supra、韩国的KSTAR等装置，其为等离子体加料和物理研究提供了重要手段。SMBI在技术上经过多年不断创新，涌现了多项原创性技术成果，例如聚束注入器、掺杂分子束技术、液态束流技术、团簇技术等。据超声分子束研究团队称，他们将继续深化束流特性研究，为加料性能优化、装置物理实验和超声分子束相关理论模拟提供支持，并为SMBI的推广应用提供技术支撑。