中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所的科研团队在核聚变研究领域取得重要进展，相关成果已发表于国际学术期刊《科学进展》。该团队通过全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）的实验，首次证实了托卡马克密度自由区的存在，并找到了突破密度极限的方法，为磁约束核聚变装置的高密度运行提供了关键物理依据。
托卡马克装置是一种通过磁场约束高温等离子体以实现受控核聚变的环形设备，其性能与等离子体密度密切相关。此前，科研人员发现等离子体密度存在一个极限值，一旦达到该极限，等离子体便会破裂并脱离磁场约束，释放巨大能量至装置内壁，威胁设备安全运行。尽管国际聚变界长期研究认为密度极限的触发过程发生在等离子体与装置内壁的边界区域，但具体机制尚未完全明确。
为解决这一问题，我国科研团队提出了边界等离子体与壁相互作用自组织（PWSO）理论模型。该模型指出，边界杂质引发的辐射不稳定性是触发密度极限的关键因素。基于这一理论，团队依托EAST的全金属壁运行环境，采用电子回旋共振加热与预充气协同启动等技术，有效降低了边界杂质的溅射，从而延迟了密度极限和等离子体破裂的发生。通过调控靶板物理条件，团队减少了靶板钨杂质主导的物理溅射，使等离子体成功突破密度极限，进入新的密度自由区。
实验结果与PWSO理论预测高度一致，首次从实验层面证实了托卡马克密度自由区的存在。这一发现不仅为理解密度极限提供了新线索，也为托卡马克装置实现高密度运行奠定了重要基础。该研究由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所牵头，联合华中科技大学、法国艾克斯-马赛大学等单位共同完成，并获得国家磁约束聚变专项的支持。
