近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所聯(lián)合法國原子能委員會、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、核工業(yè)西南物理研究院、美國加州大學(xué)洛杉磯分校和深圳大學(xué)等，首次證明托卡馬克等離子體中存在湍流驅(qū)動(dòng)的電流成分，是支持高電子溫度穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵物理機(jī)制。

　　托卡馬克中的等離子體電流是維持高約束性能的關(guān)鍵，主要包括歐姆電流、輔助加熱驅(qū)動(dòng)電流、自舉電流。理論上預(yù)測湍流可以驅(qū)動(dòng)電流，但至今從未得到實(shí)驗(yàn)證明。先進(jìn)實(shí)驗(yàn)超導(dǎo)托卡馬克EAST運(yùn)行團(tuán)隊(duì)耗時(shí)近三年實(shí)現(xiàn)電子溫度超過1億度的長脈沖等離子體運(yùn)行，并在實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)當(dāng)電子溫度梯度超過一定的閾值條件，電流被湍流調(diào)制，在遠(yuǎn)小于電阻擴(kuò)散時(shí)間尺度上，隨著湍流強(qiáng)度增大，自舉電流和湍流驅(qū)動(dòng)的電流方向相反，從而可在實(shí)驗(yàn)中將二者區(qū)分。借助湍流回旋動(dòng)理學(xué)模擬計(jì)算，科研人員最終證實(shí)實(shí)驗(yàn)中觀察到的湍流是電子溫度梯度模，其產(chǎn)生的剩余協(xié)強(qiáng)可以驅(qū)動(dòng)這一電流。湍流驅(qū)動(dòng)的電流和壓強(qiáng)梯度共同驅(qū)動(dòng)內(nèi)扭曲模，形成湍流-湍動(dòng)電流-內(nèi)扭曲模自我調(diào)節(jié)系統(tǒng)，從而維持芯部電子溫度梯度穩(wěn)定，這是支持高電子溫度長脈沖運(yùn)行的關(guān)鍵物理機(jī)制。

　　此外，電流直接影響等離子體不穩(wěn)定性，甚至觸發(fā)破裂。因此，湍流驅(qū)動(dòng)電流還可應(yīng)用于空間磁重連等研究領(lǐng)域。

　　相關(guān)成果發(fā)表在《物理評論快報(bào)》上。研究得到中科院、科技部、國家自然科學(xué)基金委、合肥國家綜合科學(xué)中心、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會和科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等資助。

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