EAST首次实现千秒量级高约束模等离子体运行的原理

磁约束原理：托卡马克装置的外形像一个巨大的甜甜圈，在装置中，通过强大的磁场将高温等离子体约束在一定的空间范围内，使其达到核聚变所需的条件。EAST 使用超导体以最小的能耗获取最强的磁场，利用磁场对带电荷的等离子体产生洛伦兹力，使等离子体沿着特定的磁力线方向运动，从而被约束在真空室内，避免与装置的内壁接触，为等离子体的长时间稳定运行提供了基础。

等离子体加热原理：要实现核聚变，需要将等离子体加热到极高的温度。EAST 采用了多种加热技术，如电子回旋与低杂波协同加热技术等。这些加热方法通过向等离子体中注入能量，使等离子体中的电子和离子获得更高的动能，从而提高等离子体的温度。例如，电子回旋加热是利用微波与电子的回旋运动发生共振，将微波能量传递给电子，进而提高电子温度；低杂波加热则是通过激发等离子体中的低杂波，将能量传递给电子和离子，实现等离子体的整体加热。

高约束模运行原理：高约束运行模式因其效率高、经济性强，是未来聚变实验堆和工程堆稳态运行的基本模式。在高约束模下，等离子体边缘会形成一个陡峭的温度和密度梯度，即所谓的 “台基” 结构。这个台基能够有效地抑制等离子体中的湍流，减少粒子和能量的输运，从而提高等离子体的约束性能，使得等离子体能够在高温、高密度的状态下长时间稳定运行。然而，高约束模面临的最大挑战是高约束条件下边缘局域模引起的等离子体边缘区温度、密度台基的突然崩塌，该过程释放的强脉冲热流会导致偏滤器热负荷过载、靶板材料溅射损伤，大量杂质进入芯部等离子体引起大破裂。EAST 团队通过解决等离子体芯部与边界的物理集成、等离子体与壁相互作用、高功率加热系统注入耦合、第一壁材料排热、精密控制、实时诊断、主动冷却等系列前沿物理和工程技术问题，实现了超过 1 亿摄氏度 1066 秒的高约束模等离子体运行。

简单来说，EAST 首次实现千秒量级高约束模等离子体运行，是通过磁约束、等离子体加热以及对高约束模运行的有效控制等多种原理和技术的协同作用来实现的。这些成果验证了聚变堆高约束模稳态运行的可行性，为未来聚变能源的开发和利用奠定了坚实的基础。