中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所近日宣布，我国自主设计的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）在物理实验中实现重大突破。这项成果不仅证实了理论预测中“密度自由区”的存在，更成功突破了长期制约核聚变效率的“密度极限”，相关研究已发表于国际学术期刊《科学进展》，标志着我国在磁约束核聚变基础研究领域取得领先地位。
作为国际公认的“人造太阳”实验平台，EAST装置外形呈环形结构，通过超导磁铁构建的强磁场系统，将温度高达上亿摄氏度的等离子体约束在真空室内，模拟太阳内部的核聚变反应过程。其中，等离子体密度是决定聚变反应速率和能量输出的核心参数，但科学界长期面临一个关键难题：当等离子体密度达到特定阈值时，会触发剧烈的不稳定现象，导致等离子体瞬间破裂并逃逸，释放的巨大能量可能损坏实验装置。
研究团队通过系统分析等离子体与装置内壁的相互作用机制，构建了全新的“边界等离子体与壁相互作用自组织（PWSO）”理论模型。实验发现，触发密度极限的直接原因并非单纯密度过高，而是装置内壁金属杂质渗入等离子体边界后引发的辐射不稳定性。这种杂质会破坏等离子体的约束状态，形成连锁反应导致约束失效。
基于这一发现，科研人员针对EAST全金属壁运行环境开发了精密调控技术。通过电子回旋共振加热与预充气协同启动的组合方案，有效抑制了边界杂质溅射；同时优化靶板表面物理条件，显著降低了钨杂质对等离子体的污染。这些技术手段成功推迟了密度极限的出现时间，使等离子体在稳定状态下突破原有密度上限，进入理论预测的“密度自由区”。
实验数据与PWSO理论预测高度吻合，验证了新理论模型的可靠性。这项突破不仅为解决核聚变装置的密度极限问题提供了关键技术路径，更为未来商用聚变堆在高密度条件下的长期稳定运行奠定了物理基础。研究团队表示，相关技术方案已形成可复制的实验范式，将为全球核聚变研究提供重要参考。
