9月28日至10月1日,60余名国际专家齐聚法国ITER现场,出席第四届国际原子能机构等离子体破裂及其缓解技术会议,探讨该领域最新进展。相关成果对ITER计划及未来聚变装置意义重大。
本次技术会议围绕等离子体破裂缓解、预测与规避、破裂后果三大主题展开。ITER组织科学部破裂方向协调科学家斯特凡・亚赫米希主持会议。他表示,相比2024年上一届会议,最令人振奋的进展之一是机器学习技术已应用到破裂相关研究的诸多方面,包括利用合成诊断手段估算电磁载荷。亚赫米希介绍,可靠预测是规避和缓解破裂的基础,预警滞后或漏报会导致处置时间不足,误报则会触发不必要停机,消耗装置的破裂容限与部件寿命预算。另一项重点研究工作,会议还评估了缩小ITER装置研究运行启动阶段所需测试的缓解工况范围。亚赫米希称,这需要广泛开展国际协作,在ITER装置首次启动前,整合不同装置的实验数据,形成完整认知。
等离子体破裂,即等离子体脉冲突发且不受控地终止,是大型托卡马克装置运行面临的主要难题之一。等离子体不稳定性持续发展或等离子体失控,会造成磁约束失效,在毫秒尺度释放储存的热能与磁能。这通常会在面向等离子体部件上产生瞬态热负荷,其强度远超部件正常承受的稳态负荷;同时会在周边结构上产生巨大电磁力。部分工况下还会产生高能逃逸电子束,单次破裂事件就可能严重损毁面向等离子体部件,造成装置停机。对于ITER这类反应堆级装置,此类停机将带来极高成本。
ITER装置的破裂缓解系统采用碎弹丸注入方案,低温材料弹丸(氕和氖)被加速射向等离子体,并在进入等离子体前破碎。碎片在等离子体内蒸发,快速提升等离子体密度,将大部分能量以辐射形式耗散,降低局部集中热负荷,同时抑制逃逸电子的产生。系统的总体方案虽已确定,但弹丸尺寸与组合优化、不同等离子体工况下的投放策略等关键问题仍有待解决。