聚变所研制快速散射弹丸系统用于破裂缓解及逃逸电流耗散

    2018年6月14日至15日，华中科技大学电气学院磁约束聚变与等离子体国际合作联合实验室（International Joint Research Laboratory of Magnetic Confinement Fusion and Plasma Physics，IFPP）陈忠勇教授所带领的团队在J-TEXT托卡马克装置上成功验证了散裂弹丸注入系统（shattered pellet injection system），实现了对等离子体电流的快速关断，以缓解等离子体破裂对装置造成的危害，并通过该系统对破裂期间产生的逃逸电流（runaway current）进行了成功的耗散。

    托卡马克是目前最有希望实现聚变商用的磁约束聚变装置，但等离子体放电过程中不可避免发生的破裂现象会严重威胁装置的安全运行，如何有效的缓解破裂所造成的危害一直是磁约束聚变领域的前沿问题，也是ITER（国际热核聚变实验堆）目前亟需解决的关键问题之一。

    散裂弹丸注入系统为目前国际上最先进，最有效的破裂缓手段之一，该系统通过高压惰性气体，将不同尺寸的氩（Ar）固态弹丸以200~300m/s的速度快速喷射进等离子体当中，通过氩杂质的辐射等过程，实现对等离子体的能量耗散，从而快速关断电流，缓解等离子体破裂对装置的危害。

    在等离子体破裂过程中会产生高能量的逃逸电流，会严重损坏装置第一壁材料。该系统通过高Z氩杂质与逃逸电子的碰撞与辐射等相互作用对破裂期间产生的逃逸电流进行了耗散。

    目前，J-TEXT已成为国际上继DIII-D后第二个使用SPI系统对破裂缓解及逃逸电流耗散进行实验研究的托卡马克装置（国内第一个）。陈忠勇教授今后将带领其团队对SPI破裂缓解及逃逸电流耗散进行系统、深入研究，争取早日攻克该难题，为ITER装置上破裂缓解方案提供技术支持。

SPI破裂缓解系统

左图，SPI注入氩弹丸进入等离子体前    右图，SPI注入氩弹丸进入等离子体

左图，SPI快速关断从而缓解破裂    右图， SPI对逃逸电流的耗散