增强磁场下Globus-M2紧凑型球形托卡马克实现热离子模式与三倍能量约束提升

《Scientific Reports》：Hot-ion modes in the high-field compact spherical tokamak Globus-M2

　　

摘要

下一代球形托卡马克（STs）或基于STs的聚变中子源的发展，取决于实现具有增强能量约束的高温度等离子体运行模式。在此，我们报告了在Globus-M2紧凑型球形托卡马克（R = 0.36 m，a = 0.24 m）中实现热离子模式，其中在高等离子体密度（> 10²⁰ m^-3）下，离子温度达到5000万开尔文（> 4 keV）。通过将环形磁场从0.5 T加倍至1 T，我们观察到热能量约束提升了三倍。我们的分析表明，高转矩中性束注入有效地抑制了离子尺度湍流，使得在低碰撞率条件下，离子热输运能够接近基本的新经典极限。此外，我们证明了增强磁场在抑制湍流热通量方面发挥着关键作用，从而确保可靠的热绝缘。这些结果为高场紧凑型ST作为聚变中子源或聚变技术开发的必要试验平台提供了坚实的实验验证，同时也为低碰撞率条件下的等离子体物理研究提供了支撑，表明通过强磁约束与旋转诱导湍流抑制的协同作用，可以在紧凑型装置中维持记录级别的等离子体参数。