研究揭示不同杂质气体注入对EAST偏滤器状态和芯部约束影响

近日，中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所聚变堆材料及部件研究室杨钟时课题组在辐射偏滤器实验中取得新进展，研究了不同杂质气体（Ar和Ne）注入对偏滤器状态和芯部约束的影响。相关研究成果以Comparison of divertor behavior and plasma confinement between argon and neon seeding in EAST为题，由博士生李克栋等人发表在Nuclear Fusion上。

托卡马克的高功率长脉冲运行将导致打到偏滤器靶板的粒子流和热流越来越大，从而使靶板表面受到强烈的溅射刻蚀，靶板热负荷将超过材料/部件可承受的数倍。然而，靶板损伤产生的杂质可能输运到芯部，影响聚变等离子体品质，增加稳定控制等离子体的难度。降低靶板的溅射和表面热沉积最有效的等离子体物理方案是在边界适当引入杂质，通过辐射和电荷交换降低靶板表面附近的电子温度，这是可有效降低靶板热负荷的辐射偏滤器运行方式。结合高参数长脉冲运行需求，研究人员连续几年在EAST装置上开展了辐射偏滤器实验，研究了不同充气位置、不同充气种类（Ne、Ar、D2）注入对偏滤器等离子体行为及粒子流和热流分布的影响。

在近期的一系列EAST辐射偏滤器物理实验中，通过Ar和Ne的注入，实现了上外偏滤器打击点附近的部分能量脱靶，材料溅射也得到了很好地抑制。但研究表明，目前EAST条件下无论是Ar或Ne从上外偏滤器注入时，上内偏滤器打击点附近的电子温度均维持在10 eV以上，未能实现脱靶，无法充分保护上内偏滤器靶板表面。此外，在Ar注入实现部分能量脱靶时，芯部约束有所下降，而对于Ne注入，芯部约束则有一个轻微的提升（~10%）。相关研究成果为实现并维持钨偏滤器条件下的稳态等离子体、解决靶板的稳态热负荷和溅射刻蚀问题、保障EAST装置在高功率长脉冲条件下的稳定运行提供了可供参考的物理实验方案。