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的一项国际合作研究取得重大突破。科研团队通过全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）实验，首次证实了托卡马克装置中存在密度自由区，并成功找到突破传统密度极限的方法。这项成果为磁约束核聚变装置实现高密度运行提供了关键理论支撑，相关论文已发表于国际权威学术期刊《科学进展》。
托卡马克装置作为实现受控核聚变的核心设备，其工作原理是通过磁场约束高温等离子体，模拟太阳内部的核聚变反应。等离子体密度作为影响聚变效率的核心参数，长期面临一个关键瓶颈：当密度达到特定阈值时，等离子体会突然破裂并脱离磁场约束，释放的巨大能量可能损坏装置内壁。国际核聚变研究界虽已确认这一现象与等离子体和装置内壁的相互作用有关，但具体触发机制始终未明。
研究团队创新性地构建了边界等离子体与壁相互作用自组织（PWSO）理论模型，发现边界杂质引发的辐射不稳定性是触发密度极限的核心因素。基于EAST装置的全金属内壁环境，科研人员通过电子回旋共振加热与预充气协同启动技术，有效降低了边界杂质溅射现象。实验数据显示，这种技术干预使密度极限的出现时间显著推迟，等离子体破裂风险大幅降低。
进一步实验中，团队通过精准调控靶板物理条件，成功抑制了钨杂质主导的物理溅射过程。这一突破使等离子体密度突破传统极限，进入此前未被观测到的自由区。实验数据与PWSO理论预测高度吻合，首次从实验层面证实了密度自由区的存在。该发现不仅填补了国际核聚变研究的关键空白，更为优化托卡马克装置运行参数提供了重要依据。
这项突破性研究由中科院等离子体物理研究所联合华中科技大学、法国艾克斯-马赛大学等机构共同完成，研究过程获得国家磁约束聚变专项资助。实验团队表示，后续将基于密度自由区特性，进一步探索提升聚变装置能量增益因子的技术路径。
